Angew. Chem. :有机电化学晶体管助力多巴胺高灵敏活体分析

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在中枢神经系统中,神经递质在大脑功能调节中起着重要的信号传递作用。神经递质监测对探究生理、病理过程中化学调节的机制具有重要意义。因此,开发高灵敏神经递质分析方法对中枢神经系统中低浓度神经递质的传感分析至关重要。


有机电化学晶体管的生物相容界面及放大特性为高灵敏生物传感器的发展带来了新的机遇。然而,传统的有机电化学晶体管传感器灵敏度和选择性有限,很难能满足活体分析的要求。鉴于此,中国科学院化学研究所于萍研究员团队和北京师范大学毛兰群教授团队合作,发展了一种以碳纤维电极为栅极,快速扫描电压作为门控的有机电化学晶体管。这种新构型器件同时集成了纤维电极的可植入性、快速电位扫描模式的高时间分辨率、有机电化学晶体管的放大作用,以跨导作为定量参数,实现了鼠脑内多巴胺的高灵敏时空分辨活体分析。



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通过将碳纤维栅极与快速扫描电压门控模式相结合,利用碳纤维电极的低电容特性,实现了高扫速下多巴胺的高灵敏检测。针对传统快扫伏安技术在测定多巴胺时需要扣背景的问题,提出了利用变化速率,即晶体管的跨导系数作为传感参数,不但实现了多巴胺的高灵敏和选择性检测,也使传感器具有高的稳定性、重现性和抗背景干扰能力。

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基于该晶体管对多巴胺检测的高灵敏度、选择性与稳定性,他们成功实现了鼠脑内多巴胺的活体传感分析。值得指出的是,由于使用跨到系数作为传感参数,因此避免了传统快扫伏安技术需要扣背景的难题,实现了脑内多巴胺基础浓度的测定。同时,该传感也可用于生理病理模型中多巴胺变化规律的研究,如电刺激下多巴胺释放动力学的实时监测等。

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在该工作中,快速扫描电压门控模式、碳纤维栅极与有机电化学晶体管的结合,使得制备的传感器同时具备了可植入性、高时间分辨率、高选择性和高灵敏度。用跨导系数作为多巴胺传感分析的参数,使传感器具有高的稳定性、重现性和抗背景干扰能力。该研究不仅为活体传感分析注入了新的活力,也为基于有机电化学晶体管的传感研究开辟了一条新途径。

文信息

Fast-Scanning Potential-Gated Organic Electrochemical Transistors for Highly Sensitive Sensing of Dopamine in Living Rat Brain

Weiqi Li, Jing Jin, Tianyi Xiong, Ping Yu, Lanqun Mao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202204134




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