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研究内容

开发高 灵敏度 神经递质分析技术对理解生理和病理过程至关重要。 目前,在复杂的大脑环境中测量极低水平和快速动态的多巴胺(DA)仍面临着挑战。

中国科学院化学研究所、北京师范大学毛兰群教授和中国科学院化学研究所于萍研究员展示了一个快速扫描电压(FSP)门控有机电化学 晶体管 (OECT) 传感器 ,用于高灵敏度检测大鼠大脑伏隔核(NAc)区域多巴胺(DA)的释放。

该传感器主要由一个FSP极化的可植入碳纤维(CF)作为 栅极 ,聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)修饰的金(Au)叉指电极(IDE)作为P沟道晶体管的源极和漏极。通过改变施加栅极偏压使DA在CF栅极上的氧化改变沟道中的电子密度,进一步控制沟道内PEDOT:PSS敏感膜的电化学脱掺杂使沟道的电阻改变。最后,通过监测栅电流(Ig)、漏源电流(Ids)和跨导(gm)的变化来记录DA的变化。相关工作以“Fast-Scanning Potential-Gated Organic Electrochemical Transistors for Highly Sensitive Sensing of Dopamine in Living Rat Brain”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.作者使用快速扫描电压(FSP)施加在碳纤维(CF)栅极上用于控制有机电化学晶体管(OECT)。 小尺寸的CF栅极结合FSP作为门控模式。 结合快速扫描循环伏安法(FSCV)的选择性和OECT的高灵敏度,使OECT可以作为组织植入传感器用于体内高灵敏检测DA。

要点2.研究人员通过栅电流(Ig)、漏源电流(Ids)和跨导(gm)的变化来记录DA的变化。发现使用跨导(gm=∂Ids/∂Vgs, 输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值)作为检测DA浓度的输出信号,不仅不受快速电位扫描带来的非常大的背景充电电流的干扰,而且能更大的提高电化学晶体管传感器的灵敏度、检测限、重现性和稳定性。

要点3.FSP-OECT展现出0.899 S M-1的高灵敏度和5 nM的低检测限,用于低基础水平和电刺激DA快速释放的体内检测。

该研究不仅为体内敏感神经递质检测提供了一种新的工具,而且通过引入不同的电化学技术作为门控模式,拓宽了设计和构建优良的OECT的策略。

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研究图文

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图1. 用于活体DA测定的FSP-OECT示意图。

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图2. 不同栅极的FSP-OECT在不同栅电位扫描速率下的电子特性。

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图3.以CFE为栅电极,在不同电位扫描速率下的DA传感性能。

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图4. FSP-OECT作为DA传感器。

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图5. 利用FSP-OECT进行体内DA监测。

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文献详情

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

Weiqi Li, Jing Jin, Tianyi Xiong, PingYu,* Lanqun Mao*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202204134

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