5-羟色胺的活体原位分析化学研究

5-Hydroxytryptamine (5-HT) is an important neurotransmitter in the brain that is implicated in cognition, mood, emotions and memory formation. In vivo, its dynamic release and uptake kinetics are poorly understood due to the lack of analytical techniques for its rapid measurement. Limitations in analytical techniques for in vivo 5-HT detection come from a combination of low endogenous levels and rapid uptake of 5-HT from the extracellular space. In this project, we plan to develop new electrochemical platforms for the determination of 5-HT by optimization of detection techniques (fast scan cyclic voltammetry) and rational design of surface/interface chemistry (introduction of metal organic frameworks). By combining with in vivo analysis techniques, our proposed sensing platforms accomplish in vivo and real-time monitoring of 5-HT in the brain with high sensitivity and good selectivity. This strategy will not only promote a progress in in vivo analytical chemistry, but also broaden the biological applications of functional metal organic frameworks.

5-羟色胺作为重要的神经递质，与认知、情绪、情感和记忆密切相关。但有关5-羟色胺的释放和摄取动力学问题依然尚待研究，主要在于内源性5-羟色胺的含量较低且从细胞外液摄取5-羟色胺的速率较快，使得现有的分析方法很难做到活体、实时和动态分析。本项目拟分别通过对检测技术（快速扫描循环伏安法）进行优化和表界面化学设计和调控（引入金属有机框架材料）两个方面构建5-羟色胺的分析传感平台；与活体原位分析技术相结合，实现脑内5-羟色胺的高灵敏度、高选择性的检测分析。本项目的实施不仅会促进活体分析化学更深层次的发展，也将进一步开拓功能金属有机框架材料在实际生物研究领域中的应用前景。

活体层次定量获取5-羟色胺等生理活性分子的实时动态变化信息对于了解生理病理过程的分子机制具有重要意义。在项目执行期间，我们围绕5-羟色胺等生理活性分子的活体分析化学研究中的关键问题，在新型微纳结构的设计与合成、电化学表界面的设计与构筑、活体分析方法的建立及其应用探索三方面开展了系统深入的研究。一方面，利用电泳沉积的方法制备了基于金属有机框架材料的微电极并实现了5-羟色胺的活体原位分析检测；同时，利用高活性、高选择性、高稳定性的单原子催化剂建立了过氧化氢等分子的分析传感平台。另一方面，设计合成了系列功能性微纳结构如氧化石墨炔等并对其独特的物理化学性质进行了研究和探索，取得了相应的研究成果。