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
乳酸（lactate）；场兴奋性突触后电位（fEPSP）/局部场电位（LFP）；样品基质：大鼠齿状回脑细胞外液/组织间隙液
检测原理
乳酸生物传感器以 Pt/Ir 微丝为工作电极，PPD 层作为电子传导/选择性修饰层，LOx 作为识别元件。脑细胞外液中的乳酸（lactate）进入酶层后，被 LOx 催化氧化为丙酮酸并生成 H2O2；H2O2 在 +500 mV 恒电位下经 PPD 介导在 Pt 表面氧化，产生与乳酸浓度相关的安培电流。同时，安培电流中的高频成分包含局部场电位信息。作者用小型电压阶跃拟合 RC 等效电路（R1C1、R2C2 与 R3）获得电极阻抗，再对电流记录做 FFT、乘以阻抗并 iFFT，将电流转换为电压，从而重建 fEPSP/LFP。酶催化与 PPD 电子转移构成主要信号放大与换能机制。
检测灵敏度
R^2 = 0.981 ± 0.003
效应效果
体外 RC 模型拟合 22 次电压阶跃电流响应前 10 ms，平均 R^2 = 0.981 ± 0.003；5 参数模型对酶电极显著优于 4 参数模型（p < 0.01）。体内 75 min 内电极参数稳定。重建 EP 与真实电压记录比较：分子层 fEPSP 斜率 5.28 ± 0.05 mV/ms、PS 幅度 1.73 ± 0.02 mV，准确度 90% 和 85%；hilus fEPSP 斜率 6.07 ± 0.03 mV/ms、PS 幅度 4.28 ± 0.06 mV，准确度 90% 和 97%。4 只大鼠高频刺激后 60 min fEPSP 斜率平均增加 136 ± 10%，证明可稳定诱导 LTP，并实现同一电极同时获取电生理与安培信息。
传感器的构成
- 导电引线：0.3 mm 铜线（Cu），用于连接电化学放大器并传导电流。
- 工作电极：25 μm 90% 铂/10% 铱合金丝（Pt/Ir），暴露约 100 μm，作为安培换能器。
- 绝缘封装：拉制玻璃毛细管（glass capillary），局部熔封 Pt 丝与玻璃，限定暴露面积。
- 结构密封：环氧树脂（Araldite），密封铜线与玻璃，固定电极结构。
- 表面预处理：0.5 M KOH 与乙醇清洗，去除污染并活化电极表面。
- 修饰层：电沉积聚 m-苯二胺（PPD），形成电极表面修饰层。
- 识别元件：乳酸氧化酶（LOx），催化乳酸氧化并产生 H2O2。
- 固定化介质：牛血清白蛋白（BSA）、甘油与聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE），共固定化并稳定 LOx。
中文摘要
本文提出一种可行且可重复的方法，用于从安培生物传感器信号中重建局部场电位。该方法基于对生物传感器电极在电压阶跃下的电流响应进行最小二乘拟合，采用两个时间常数描述电极界面行为。在确定电极阻抗后，通过快速傅里叶变换（FFT）和逆快速傅里叶变换（iFFT），将记录的安培电流信号转换为电压，并利用电阻—电容（RC）电路模型追踪局部场电位。作者将该方法应用于大鼠齿状回内乳酸生物传感器记录的电流，在穿通通路电刺激后重建场诱发电位，并利用重建场兴奋性突触后电位的初始斜率证明穿通通路高频刺激诱导的长时程增强。结果表明，从安培记录重建诱发电位是一种可靠方法，可让同一电极同时获得体内电生理与安培神经化学信息，从而理解脑内化合物如何随脑活动变化并调节其动态。
英文摘要
A new feasible and reproducible method to reconstruct local field potentials from amperometric biosensor signals is presented. It is based on the least-square fit of the current response of the biosensor electrode to a voltage step by the use of two time constants. After determination of the electrode impedance, Fast Fourier Transform (FFT) and Inverse FFT are performed to convert the recorded amperometric signals into voltage and trace the local field potentials using a resistor-capacitor circuit-based model. We applied this method to reconstruct field evoked potentials from currents recorded by a lactate biosensor in the rat dentate gyrus after stimulation of the perforant pathway in vivo. Initial slope of the reconstructed field excitatory postsynaptic potentials was used in order to demonstrate long term potentiation induced by high frequency stimulation of the perforant path. Our results show that reconstructing evoked potentials from amperometric recordings is a reliable method to obtain in vivo electrophysiological and amperometric information simultaneously from the same electrode in order to understand how chemical compounds vary with and modulate the dynamics of brain activity.