识别H2O2的探针分子的设计、合成及其在鼠脑原位分析中的应用

作     者：罗雨 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谷慧

授予年度：2022年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 10[医学] 

主      题：过氧化氢 在体检测 硼酸频哪醇酯 鼠脑 比率型生物传感器 

摘      要：过氧化氢(HO)是脑神经活动的物质基础,对维持正常的脑功能不可或缺,在脑神经生理过程和病理机制的研究中发挥着重要的指示作用。HO的浓度异常会引起氧化应激,导致蛋白质和DNA的严重损伤,且其与帕金森症和阿尔兹海默症等神经退行性疾病的发生息息相关。本文通过对国内外HO检测研究现状的总结,合理设计了HO识别分子并将其修饰于微电极上,构建了一种具有高灵敏度和高选择性的比率型电化学微传感器,并成功应用于鼠脑中HO水平的在体检测。基于硼酸频哪醇酯可作为HO的反应位点发生亲电反应,HO介导的芳基硼酸频哪醇酯氧化反应会生成相应的酚类,在电极上产生相应的电化学信号的基本原理。设计了七种芳基硼酸频哪醇酯分子对HO进行检测。在微电极上沉积金纳米粒子,通过Au-S键合吸附作用将芳基硼酸频哪醇酯分子修饰于微电极上。采用循环伏安法证明化合物与HO的反应产物在电极上是一个吸附过程,且发生氧化还原反应。微分脉冲伏安法测试和理论计算结果均表明o-Cl-DBP分子在电流密度、电子转移速率、表面覆盖面积、反应时间、氧化峰电位、吉布斯自由能等方面都优于其它的化合物。最终选择o-Cl-DBP分子作为检测HO的最佳分子,为进一步设计具有高灵敏度和高选择性的比率型电化学微传感器,实现生物体内HO的灵敏检测奠定了基础。选用筛选出的o-Cl-DBP分子作为HO的识别元件,通过Au-S键合作用修饰于电极上,o-Cl-DBP与HO反应生成的o-Cl-DHP的氧化峰电流密度随HO浓度的改变而变化。引入石墨烯的缺陷氧化峰充当内参比单元,以提供内置校正,同时增加电极的导电性,提高传感器的灵敏度和准确性。根据形成的o-Cl-DHP的氧化峰电流密度和石墨烯的缺陷氧化峰电流密度的比值与HO的浓度的线性关系,构建了CFME/Ox GO/Au/o-Cl-DBP比率型电化学微传感器用于准确测定HO含量。该传感器具有好的选择性、稳定性、再现性和良好的生物相容性,抗干扰能力良好,受p H的影响小,并且在HO浓度为0.5-600μM范围内有良好的线性关系。利用设计的比率型电化学微传感器对正常小鼠和PD小鼠脑内大脑皮层、纹状体和海马区三个不同区域的HO水平进行了在体检测,成功检测出正常小鼠和PD鼠大脑皮层、纹状体和海马区的HO平均浓度,发现PD鼠的HO浓度相对于正常鼠会升高。此外还通过对大鼠大脑皮层进行HO和过氧化氢酶注射,以及测量不同电极的再现性,证明该传感器在体内测量过程中具有良好的稳定性,为PD疾病的诊断提供了一种可靠的检测平台和一种新的手段。