大脑是人体最复杂的器官，是神经系统最高级的部分。解析大脑的生理和病理过程具有非常重要的意义。大脑功能的实现依赖于神经元电信号和化学信号的传递。电生理技术作为一种成熟的研究手段常被用于大脑的研究工作中，解析神经元编码机制，解码大脑传递的信息。电生理技术只能获取神经元交流的电信号，而电信号的产生主要取决于来自神经递质和离子的化学信号的变化。因此，只有监测这些化学物质的变化，才能更加充分了解大脑中的生理和病理过程。电化学方法因其高时空分辨率，可实现原位、实时、快速检测的优点，备受关注。华东师范大学田阳教授（点击查看介绍）课题组一直致力于活体电化学分析的研究工作，发展了一系列用于脑中活性氧、Cu²⁺、pH、神经递质等检测的在体分析新方法。然而，上述电化学分析方法中需要外加电压和电流，会干扰神经元的活动。近期，田阳教授研究团队开发了一种新型光生理学拉曼探针，结合微纳米管技术，成功实现了大鼠皮层中pH与碳酸根的同时测量。但由于拉曼激发光源穿透深度的影响，限制了其在深部脑区的进一步应用。

近日，田阳教授课题组发展了一种新型电化学生理微阵列，并成功实现了自由移动大鼠脑中K⁺、Ca²⁺、Na⁺、pH及场电位信号的实时在体分析。他们首先通过设计并筛选合成了对K⁺、Ca²⁺、Na⁺、pH的特异性识别配体。随后将特异性的识别分子与聚氯乙烯（PVC）复合物修饰在钨丝微电极上，结合微电极阵列技术，构筑了5通道5-ISMEA（ion selective microelectrode array）及8通道M-ISMEA（K-ISMEA，Ca-ISMEA，Na-ISMEA及H-ISMEA）比率型微电极阵列，建立了K⁺、Ca²⁺、Na⁺及pH同时分析与离子电化学成像的在体电化学分析新方法。该研究采用开路电位技术测定离子的平衡浓度，无需施加电压与电流，基于此，他们成功实现了自由移动大鼠癫痫状态下场电位电信号及不同离子K⁺、Ca²⁺、Na⁺、pH化学信号的同时分析与离子电化学成像。

相关研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，论文的第一作者为华东师范大学的博士生赵凡，通讯作者为田阳教授。

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An electrochemophysiological microarray for real-time tracking and quantifying of multi-ions in the brain of freely moving rat

Fan Zhao, Yuandong Liu, Hui Dong, Shiqing Feng, Guoyue Shi, Longnian Lin, Yang Tian

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202002417

导师介绍

田阳

https://www.x-mol.com/university/faculty/49547