多巴胺（DA）是一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，負(fù)責(zé)維持多種重要的生命功能。體內(nèi)DA信號(hào)傳導(dǎo)在多個(gè)時(shí)間尺度上發(fā)生，從由于多巴胺神經(jīng)元放電引起的亞秒相釋放到負(fù)責(zé)在幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)長期DA濃度變化的強(qiáng)直性釋放。由于DA信號(hào)的復(fù)雜、多面性，分析傳感技術(shù)必須能夠從多個(gè)位置和多個(gè)時(shí)間尺度記錄DA。幾十年的研究集中在提高亞秒期DA的體內(nèi)檢測能力，但實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測絕對靜息DA水平已被證明具有挑戰(zhàn)性。我們開發(fā)了一種基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）的納米復(fù)合涂層，對靜息DA表現(xiàn)出優(yōu)異的DA傳感能力。PEDOT/功能化碳納米管（PEDOT/CNT）涂層碳纖維微電極（CFEs）能夠使用方波伏安法（SWV）以高靈敏度和選擇性直接測量靜息DA。PEDOT/CNT涂層的摻入使靜息DA的檢測靈敏度顯著提高了422倍。在植入大鼠背側(cè)紋狀體中的PEDOT/CNT官能化CFE處進(jìn)行的SWV測量顯示絕對基礎(chǔ)DA濃度為82±6nM。

多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑諾米芬新的全身給藥在注射后28±2分鐘將靜息DA增加至最大207±16nM。還將PEDOT/CNT沿著硅微電極陣列（MEA）官能化到單個(gè)金電極位點(diǎn)上，以產(chǎn)生多位點(diǎn)DA傳感電極。MEA植入允許定量來自不同腦區(qū)的基礎(chǔ)DA，具有良好的空間分辨率。SWV檢測與PEDOT/CNT功能化配對具有高度適應(yīng)性，并顯示出具有高空間和時(shí)間分辨率的強(qiáng)直性DA檢測的巨大前景。強(qiáng)直性和階段性多巴胺（DA）神經(jīng)傳遞負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)無數(shù)重要的生命功能。階段性DA釋放誘導(dǎo)細(xì)胞外DA的短暫亞秒波動(dòng)，而強(qiáng)直性放電維持基礎(chǔ)DA水平，用于調(diào)節(jié)階段性放電。人們普遍認(rèn)為，保持強(qiáng)直性和階段性放電是維持健康神經(jīng)元功能的關(guān)鍵。強(qiáng)直性和階段性DA放電調(diào)節(jié)功能障礙與毀滅性神經(jīng)疾?。ㄈ缇穹至寻Y）的發(fā)作有關(guān)。因此，在研究DA信號(hào)通路時(shí)，絕對有必要同時(shí)考慮強(qiáng)直性和階段性DA信號(hào)事件。

DA是一種電活性化合物，在施加足夠電位時(shí)能夠可逆氧化成多巴胺-鄰醌(DAoQ)。與該可逆反應(yīng)相關(guān)的電流的電化學(xué)測量允許實(shí)時(shí)、直接測量DA濃度。幾十年來，在碳纖維微電極（CFEs）上進(jìn)行的快速掃描循環(huán)伏安法（FSCV）一直被認(rèn)為是體內(nèi)測量相位DA信號(hào)事件的金標(biāo)準(zhǔn)。作為一種差分檢測方法，F(xiàn)SCV需要減去在分鐘時(shí)間尺度上不穩(wěn)定的大電容電流的背景。這阻止了使用FSCV檢測絕對靜息DA濃度。使用FSCV定量基礎(chǔ)DA的唯一方法是誘導(dǎo)基礎(chǔ)水平的藥理學(xué)操作。在直接輸注犬尿酸（一種離子型谷氨酸受體的廣譜拮抗劑）期間的FSCV測量表明，背側(cè)紋狀體中的基礎(chǔ)DA濃度高于2.6μM微透析廣泛用于觀察體內(nèi)靜息DA。事實(shí)上，無凈通量微透析已被用于估計(jì)體內(nèi)基礎(chǔ)DA濃度約為2.5-15 nM。然而，植入大型微透析探針（~200μm外徑x 1 mm）會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的組織損傷，從而大大降低提取效率，從而低估體內(nèi)定量，并阻止超過5-10天的慢性測量。

已經(jīng)開發(fā)了幾種電化學(xué)方法來測量CFEs幾小時(shí)內(nèi)藥物誘導(dǎo)的強(qiáng)直性DA變化。這是通過利用電荷平衡波形、受控DA吸附波形、基于卷積的FSCV非法拉第電流去除多重循環(huán)方波伏安法和差分正常脈沖伏安法來實(shí)現(xiàn)的?？焖賿呙枋芸匚椒卜ǎ‵SCAV）和基于卷積的FSCV分別能夠估計(jì)小鼠（90±9 nM，F(xiàn)SCAV）和大鼠（41±13 nM，基于卷積的FSCV）伏隔核中的基礎(chǔ)DA濃度。多重循環(huán)方波伏安法（m-CSWV）確定大鼠紋狀體中的緊張性多巴胺濃度為120±18 nM微分正常脈沖伏安法（DNPV）確定pargyline預(yù)處理的大鼠紋狀體中的基礎(chǔ)DA濃度為26±8 nM這些研究表明了使用電化學(xué)方法測量緊張性DA的可行性。

我們實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種由功能化碳納米管摻雜的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT/CNT）組成的導(dǎo)電聚合物涂層。PEDOT/CNT可以通過電聚合可控地沉積在宏電極和微電極上，從而增加有效表面積、增加電荷存儲(chǔ)容量（增加電容）和降低電極阻抗PEDOT/CNT功能化的微電極在幾個(gè)月的慢性植入中表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)電生理記錄和電刺激性能。此外，PEDOT/CNT功能化的碳糊宏觀電極對于通過差分脈沖伏安法在體外電化學(xué)檢測靜息DA具有高度敏感性和選擇性。

在本研究中，我們將PEDOT/CNT涂層結(jié)合到單柄硅基微電極陣列（MEA）的可植入CFEs和金電極位點(diǎn)上，以產(chǎn)生一種高度適應(yīng)性和穩(wěn)健的新電極技術(shù)。將陣列中的PEDOT/CNT官能化微電極與高度優(yōu)化的體內(nèi)方波伏安法(SWV)方案配對，允許以優(yōu)異的空間和時(shí)間分辨率直接定量大鼠中的靜息(強(qiáng)直)DA。該技術(shù)的力量在原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中顯而易見，該實(shí)驗(yàn)詳細(xì)描述了通過沿著單個(gè)硅MEA在多個(gè)PEDOT/CNT功能化電極位點(diǎn)記錄，首次報(bào)道了大腦中基礎(chǔ)DA的時(shí)間相關(guān)、多位點(diǎn)定量。體內(nèi)靜息DA的多位點(diǎn)檢測代表了神經(jīng)化學(xué)傳感技術(shù)的當(dāng)前水平的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，并可用于增強(qiáng)我們對健康和疾病狀態(tài)神經(jīng)功能的理解。