组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
一氧化氮（nitric oxide, NO）；样品基质：大鼠背侧纹状体脑组织/体内脑微环境
检测原理
该传感器以 Pt 微电极为基底，通过电聚合在电极表面形成 poly-TTCA 导电聚合物层。poly-TTCA 上的羧基经 EDC 活化后，与细胞色素 c（cyt c）的氨基形成酰胺键，将 cyt c 共价固定于电极表面，再涂覆 Nafion 膜。检测时，脑组织中的一氧化氮（NO）扩散穿过 Nafion 膜，与 cyt c 中的 Fe(III) 结合形成 Cyt c-NO 复合物，使细胞色素 c 的氧化还原状态发生改变并促进电子在电极界面转移，从而产生安培电流。电流大小随 NO 浓度增加而线性增大。Nafion 膜可阻挡 O2、H2O2、超氧阴离子及蛋白吸附，提高选择性。该体系未使用酶催化沉积或核酸扩增等额外放大策略，信号直接来自 NO 与 cyt c 结合后的电化学响应。
检测灵敏度
LOD: 13±3 nM；线性范围: 0–55.0 µM；灵敏度: 0.117±0.006 µA/µM；R = 0.99747（in vivo）/0.99589（in vitro）
效应效果
传感器在 0–55.0 µM 范围内呈线性响应，检出限为 13±3 nM，灵敏度为 0.117±0.006 µA/µM。Nafion 膜孔径小于 50 nm，可阻止 O2 和 H2O2 扩散，并减少蛋白等非生物材料吸附；循环伏安实验显示对 O2、H2O2、超氧阴离子、儿茶酚胺和抗坏血酸无显著响应。低湿度干燥 Nafion 可提高稳定性。体内实验中，连续 7 天 20 mg/kg 可卡因使大鼠背侧纹状体 NO 在 20 min 升高并持续至 60 min；nNOS 抑制剂、D1 受体拮抗剂、NMDA 受体拮抗剂、I 组 mGluR 拮抗剂或 III 组 mGluR 激动剂均可降低该升高。作者认为该传感器适合实时监测可卡因诱导的 NO 外流及多巴胺/谷氨酸受体信号机制。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Pt 微电极（Pt microelectrode），作为导电基底和电化学换能器，检测 NO 相关安培电流
- 导电聚合物修饰层：poly-TTCA（5,2′:5,2″-terthiophene-3′-carboxylic acid 电聚合导电聚合物），提供羧基位点并增强电子传导
- 共价结合界面：EDC（1-ethyl-3-[3-(dimethylamino)-propyl] carbodiimide）活化 poly-TTCA 羧基，使 cyt c 通过酰胺键固定
- 识别元件：cytochrome c（cyt c，细胞色素 c），特异性结合 NO 并介导电化学响应
- 选择性/抗干扰膜：Nafion 膜，涂覆在 cyt c/poly-TTCA 表面，阻止 O2、H2O2、超氧阴离子和蛋白吸附，允许 NO 扩散
- 信号读出：Potentiostat/Galvanostat PT-1，记录电流信号
中文摘要
本研究旨在阐明反复可卡因给药后大鼠背侧纹状体细胞外一氧化氮（NO）外流改变的细胞机制。作者利用 NO 生物传感器在大鼠背侧纹状体体内实时检测 NO 外流，并结合药理学干预和 Western blot 分析。结果显示，连续 7 天每天腹腔注射 20 mg/kg 可卡因可显著增加背侧纹状体 NO 水平，并增加神经元一氧化氮合酶（nNOS）磷酸化；抑制 nNOS 可逆转反复可卡因引起的 NO 升高。抑制蛋白激酶 A（PKA）可协同增强反复可卡因诱导的 NO 升高，而抑制蛋白磷酸酶则降低 NO 水平。阻断多巴胺 D1 受体或刺激 D2 受体、阻断 NMDA 受体和 I 组代谢型谷氨酸受体（mGluRs）或刺激 III 组 mGluRs 均降低反复可卡因诱导的 NO 升高。结论认为，反复可卡因给药后，D1 受体或 I 组 mGluRs 刺激通过 NMDA 受体介导的 Ca2+ 内流上调 NO 外流，而 D2 受体或 III 组 mGluRs 刺激下调 NO 外流；磷酸化 nNOS 被蛋白磷酸酶去磷酸化是背侧纹状体 NO 外流上调所必需。
英文摘要
RATIONALE: Repeated injections of cocaine alter extracellular nitric oxide (NO) efflux via interactions between dopamine and glutamate receptor-coupled signaling cascades.
OBJECTIVES: Putative cellular mechanisms underlying changes in NO efflux following repeated cocaine administration were investigated.
METHODS: Real-time detection of NO efflux using a NO biosensor was mainly performed in the rat dorsal striatum in vivo.
RESULTS: Repeated exposure to cocaine (20 mg/kg), once a day for seven consecutive days, increased NO levels. Repeated injections of cocaine also increased the phosphorylation of neuronal nitric oxide synthase (nNOS), and inhibition of nNOS decreased the repeated cocaine-evoked increases in NO levels. Inhibition of protein kinase A, but not protein phosphatases, synergistically increased NO levels elevated by repeated cocaine injections. Blockade of dopamine D1 (D1) receptors or stimulation of dopamine D2 (D2) receptors decreased the repeated cocaine-evoked increases in NO levels. Similarly, blockade of N-methyl-D: -aspartate (NMDA) receptors and group I metabotropic glutamate receptors (mGluRs) or stimulation of group III mGluRs also decreased the repeated cocaine-evoked increases in NO levels.
CONCLUSION: Stimulation of D1 receptors or group I mGluRs following repeated cocaine administration upregulates NO efflux via an NMDA receptor-evoked Ca2+ influx, while stimulation of D2 receptors or group III mGluRs downregulates NO efflux. Dephosphorylation of phosphorylated nNOS by protein phosphatases is necessary for upregulating NO efflux in the dorsal striatum after repeated cocaine administration.