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复杂生命系统中神经递质的准确测量,对于深入理解脑生理病理过程的分子机制具有重要意义。作为中枢神经系统中一种重要的神经递质,去甲肾上腺素的浓度失衡和诸多脑疾病,特别是抑郁症、神经焦虑等密切相关。然而,脑中的去甲肾上腺素含量低至纳摩,且其分子结构和多巴胺、肾上腺素等儿茶酚类物质高度相似,导致了鼠脑中去甲肾上腺素分析的选择性和灵敏度仍具有巨大的挑战! 表面增强拉曼技术(SERS)因其具有高灵敏、可提供丰富指纹信息的特点,在复杂生命体系分析中具有巨大的优势。但是,SERS信号强烈依赖于基底纳米结构状态,而常规基于固体基底和纳米溶胶的SERS分析常受困于表面不均一,信号误差大等问题,难以实现复杂体系中SERS的准确定量。
针对上述挑战,近日,华东师范大学田阳教授团队设计合成了刚性分子探针设计、构筑了液/液界面纳米阵列,创建了一种三元调控的液/液界面SERS纳米阵列平台,成功实现了鼠脑中去甲肾上腺素的准确定量分析。
首先,他们设计并合成了RP1和MPBA双探针分子,基于RP1与MPBA分别与去甲肾上腺素氨基醇和邻苯二酚基团的特异性化学反应,建立了一种双探针识别的分析策略,实现了去甲肾上腺素的高选择性测定。与此同时,双探针分子芳香环结构的刚性组装模式,高效控制肾上腺素测定时纳米粒子的间隙,确保了SERS分析的高重现性;其次,将功能化的AuNPs自组装于液/液界面,构筑了均匀分布的功能化纳米阵列,显著提高了SERS测定的灵敏度;再次,通过采用探针分子中的C≡C基团静默区拉曼峰作为信号输出,有效避免了脑中潜在干扰物质的信号串扰,提高了去甲肾上腺素分析的准确性。基于上述三元调控策略,该液/液界面SERS分析平台对去甲肾上腺素呈现了高的选择性,不受脑中肾上腺素和多巴胺等儿茶酚类化合物的干扰,在0.6 nM到40 nM的浓度范围内具有良好的线性关系,检测限低至0.25 nM,实现了脑中去甲肾上腺素的痕量分析。 最后,通过将这一高效的SERS分析平台和微透析技术相结合,率先搭建了微透析体内采样-SERS分析系统,成功追踪了焦虑模型下鼠脑中去甲肾上腺素的含量变化,并且解析了安定药物影响下c-fos和GABAA蛋白和去甲肾上腺素变化间的依存性。研究发现,焦虑的发生会诱导鼠脑中去甲肾上腺素的明显上升,安定药物可通过有效地抑制c-fos蛋白的表达,降低脑中去甲肾上腺素的浓度。这种新型的液/液界面SERS平台可发展成通用分析方法,拓展到其他神经递质及脑中生物标志物的分析,不但为SERS分析传感的设计提供了新的思路,也推动了SERS分析在脑科学研究中的应用,为脑活体分析提供了新型可靠的分析工具和新方法。 论文信息 A Liquid Interfacial SERS Platform on a Nanoparticle Array Stabilized by Rigid Probes for the Quantification of Norepinephrine in Rat Brain Microdialysates Lu Shi, Dr. Mengmeng Liu, Prof. Limin Zhang, Prof. Yang Tian 本工作的第一作者是华东师范大学化学与分子工程学院博士生石璐同学,通讯作者为张立敏教授和田阳教授。 Angewandte Chemie International Edition

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