多巴胺（DA）是一種單胺類神經(jīng)遞質，負責維持多種重要的生命功能。體內DA信號傳導在多個時間尺度上發(fā)生，從由于多巴胺神經(jīng)元放電引起的亞秒相釋放到負責在幾分鐘到幾小時內長期DA濃度變化的強直性釋放。由于DA信號的復雜、多面性，分析傳感技術必須能夠從多個位置和多個時間尺度記錄DA。幾十年的研究集中在提高亞秒期DA的體內檢測能力，但實時準確檢測絕對靜息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。在植入大鼠背側紋狀體中的PEDOT/CNT官能化CFE處進行的SWV測量顯示絕對基礎DA濃度為82±6nM。

多巴胺轉運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）官能化到單個金電極位點上，以產(chǎn)生多位點DA傳感電極。MEA植入允許定量來自不同腦區(qū)的基礎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性，并顯示出具有高空間和時間分辨率的強直性DA檢測的巨大前景。強直性和階段性多巴胺（DA）神經(jīng)傳遞負責調節(jié)無數(shù)重要的生命功能。階段性DA釋放誘導細胞外DA的短暫亞秒波動，而強直性放電維持基礎DA水平，用于調節(jié)階段性放電。人們普遍認為，保持強直性和階段性放電是維持健康神經(jīng)元功能的關鍵。強直性和階段性DA放電調節(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。因此，在研究DA信號通路時，絕對有必要同時考慮強直性和階段性DA信號事件。

DA是一種電活性化合物，在施加足夠電位時能夠可逆氧化成多巴胺-鄰醌(DAoQ)。與該可逆反應相關的電流的電化學測量允許實時、直接測量DA濃度。幾十年來，在碳纖維微電極（CFEs）上進行的快速掃描循環(huán)伏安法（FSCV）一直被認為是體內測量相位DA信號事件的金標準。作為一種差分檢測方法，F(xiàn)SCV需要減去在分鐘時間尺度上不穩(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DA的唯一方法是誘導基礎水平的藥理學操作。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，背側紋狀體中的基礎DA濃度高于2.6μM微透析廣泛用于觀察體內靜息DA。事實上，無凈通量微透析已被用于估計體內基礎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）會導致嚴重的組織損傷，從而大大降低提取效率，從而低估體內定量，并阻止超過5-10天的慢性測量。

已經(jīng)開發(fā)了幾種電化學方法來測量CFEs幾小時內藥物誘導的強直性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預處理的大鼠紋狀體中的基礎DA濃度為26±8 nM這些研究表明了使用電化學方法測量緊張性DA的可行性。

我們實驗室開發(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月的慢性植入中表現(xiàn)出優(yōu)異的體內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涂層結合到單柄硅基微電極陣列（MEA）的可植入CFEs和金電極位點上，以產(chǎn)生一種高度適應性和穩(wěn)健的新電極技術。將陣列中的PEDOT/CNT官能化微電極與高度優(yōu)化的體內方波伏安法(SWV)方案配對，允許以優(yōu)異的空間和時間分辨率直接定量大鼠中的靜息(強直)DA。該技術的力量在原理驗證實驗的結果中顯而易見，該實驗詳細描述了通過沿著單個硅MEA在多個PEDOT/CNT功能化電極位點記錄，首次報道了大腦中基礎DA的時間相關、多位點定量。體內靜息DA的多位點檢測代表了神經(jīng)化學傳感技術的當前水平的實質性改進，并可用于增強我們對健康和疾病狀態(tài)神經(jīng)功能的理解。