《Microchemical Journal》：A highly stable microelectrode electrochemical sensor for real-time monitoring of epilepsy induced dopamine in vivo
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•开发了一种简单的电化学策略来制备可植入的rGO功能化金微电极生物传感器。•该微电极生物传感器可实现对多巴胺（DA）的灵敏且特异性检测，检测限低至6.6 nM，属于可植入纤维状生物传感器中报道的最低检测限之一。•该微电极生物传感器可成功植入大鼠脑内，实现对DA的实时监测。•该
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开发了一种简单的电化学策略来制备可植入的rGO功能化金微电极生物传感器。
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该微电极生物传感器可实现对多巴胺（DA）的灵敏且特异性检测，检测限低至6.6 nM，属于可植入纤维状生物传感器中报道的最低检测限之一。
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该微电极生物传感器可成功植入大鼠脑内，实现对DA的实时监测。
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该微电极生物传感器可与脑电图（EEG）同步记录相结合，用于监测癫痫发作期间的DA波动。
引言
癫痫是一种慢性神经系统疾病，以反复且不可预测的惊厥发作为特征，影响约1%的全球人口[1]、[2]、[3]、[4]。尽管异常的超同步神经元放电被广泛认为是癫痫发作的核心电生理标志，但越来越多的证据表明，癫痫的发病和进展还伴随着神经化学调节的严重紊乱[5]、[6]、[7]、[8]。作为一种关键的神经调节物质，多巴胺（DA）在调节神经元兴奋性、突触传递和神经网络活动方面发挥着重要作用[9]、[10]、[11]、[12]。DA的异常波动可能与惊厥事件前后的病理性状态转变密切相关[13]、[14]、[15]。因此，实现活体脑内DA的原位实时监测对于阐明癫痫的神经化学机制以及推动癫痫的预测和干预具有重要意义[16]、[17]、[18]。
目前，微透析是检测脑内DA的经典方法之一[19]、[20]、[21]、[22]。然而，其相对较大的探针尺寸（通常大于200 μm）、高侵入性以及对离线分析的依赖，限制了其在高时空分辨率下捕捉与癫痫发作相关的快速神经化学动态的能力[23]。相比之下，体内电化学技术因其微型化、快速响应和高灵敏度的特点，已成为原位实时检测神经递质的有力工具[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。其中，碳纤维电极（CFE）因其尺寸小、生物相容性好且适用于快速电化学测量而广泛用于脑内DA监测[31]、[32]、[33]。然而，其制备通常仍依赖于精细的微观加工和绝缘封装。此外，在长期体内应用中，CFE仍易受生物污损且材料稳定性有限，这可能会降低检测灵敏度和记录可靠性[34]、[35]。还原氧化石墨烯（rGO）因其能够增加电活性表面积并促进界面电子转移，已被广泛研究用作电化学DA传感器的功能涂层。此前的研究也展示了基于rGO的涂层在提高DA微电极灵敏度和稳定性方面的潜力。例如，Wang等人采用先进的硅基微机电系统（MEMS）表面微加工技术制备了柔性电极，随后用还原氧化石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧化噻吩)：聚(钠-4-苯乙烯磺酸盐)（rGO/PEDOT:PSS）纳米复合材料对其进行修饰，以增强电极稳定性并增加比表面积[36]。Chen等人使用微电极制备设备制备了碳纤维电极（CFE），随后在电极表面依次沉积聚(3,4-乙烯二氧化噻吩)–电化学还原氧化石墨烯（PEDOT-ERGO）纳米复合材料和聚（单宁酸）（pTA），赋予所得微传感器优异的抗污损性能[37]。Qi等人使用微纳加工技术制备了微电极阵列，随后用碳涂层修饰电极表面以增强电极稳定性[34]。然而，除了改善传感材料本身外，实际的体内应用还需要一种易于制备的可植入电极架构、在长时间暴露于生物环境下的可靠传感性能，以及在疾病相关模型中的验证。将这些特性整合到一个简单的微电极平台中，对于监测脑内神经递质动态仍然是一个重要的考量。
在本研究中，我们通过一种简单的工艺开发了一种高灵敏度、稳定性改善的可植入rGO/Au微电极，用于实时监测脑内DA动态。该微电极不依赖复杂的微/纳加工，而是采用30 μm的金微米线作为导电核心，由石英毛细管和PDMS提供机械支撑和绝缘，并通过原位电化学还原和沉积在裸露的Au表面直接形成rGO功能界面。引入的rGO界面确实增强了电化学活性，并改善了微电极的工作稳定性。系统地评估了所得rGO/Au微电极的电化学和分析性能，随后将其植入匹罗卡品诱导的癫痫大鼠模型的海马区，用于实时监测DA动态并同时记录脑电图（EEG）。因此，本工作将简便的可植入微电极架构、操作稳定的传感界面以及疾病相关的体内神经化学监测结合在一起，为研究癫痫相关的神经递质动态提供了一种实用策略。
章节摘录
材料
金线购自创嘉实验室。DA、尿酸（UA）、抗坏血酸（AA）和5-羟色胺（5-HT）购自麦克林（中国上海）。石英毛细管购自金科石英。铂线购自美和材料。银浆购自赢讯科技。氧化石墨烯（GO）分散液购自先丰纳米。PDMS购自陶氏康宁。
金微电极和rGO/Au微电极的制备
金微电极采用直径为30 μm的金线作为
微电极用于体内实时DA检测的原理
rGO/Au微电极用于体内实时多巴胺（DA）监测的设计与传感策略如图1A所示。该微电极由玻璃毛细管、生物相容性PDMS封装层、Au微米线和电沉积还原氧化石墨烯（rGO）传感层组成。详细的制备流程见图S1。简要而言，将一根直径为30 μm的金线插入玻璃毛细管中，作为导电基底。
结论
总之，我们开发了一种具有高灵敏度和改善的信号稳定性的rGO/Au电化学微电极。该电极通过简单的电化学策略制备，无需复杂的微/纳加工，具有良好的实用性和应用潜力。通过在Au上电沉积rGO来设计电极界面，解决了裸露Au微电极的不稳定性问题，并将电化学活性表面积提高了约四倍。该rGO/Au
CRediT作者贡献声明
Lu Wei：写作–审阅与编辑，写作–原始稿撰写，研究，数据整理。Li Xinran：写作–审阅与编辑，研究，数据整理。Jiao Yuyang：资源，研究，数据整理。Gao Yan：研究，数据整理。Chen Xiaoshuang：数据整理。Liang Yanbo：数据整理。Li Yuxuan：数据整理。Zhang Yukun：数据整理。Shi Yingying：数据整理。Qiu Jichuan：写作–审阅与编辑，监督指导。Liu Hong：写作–审阅与编辑，
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文所报道工作的情况。
致谢
本工作获得脑科学与类脑智能技术–国家重点研发计划项目（2021ZD0201600）、济南"海优计划"产业领军人才项目、泰山学者项目、微生物技术国家重点实验室内部联合项目基金（项目编号：SKLMTIJP-2024-05）以及青岛市自然科学基金-原创探索项目（项目编号：24-4-4-zrjj-139-jch）的资金支持。作者感谢Wang Sen、Haiyan
Lu Wei|Li Xinran|Jiao Yuyang|Gao Yan|Chen Xiaoshuang|Liang Yanbo|Li Yuxuan|Zhang Yukun|Shi Yingying|Qiu Jichuan|Liu Hong|Wang Jianbo|Han Lin|Zhang Yu
