大脑作为人体最复杂的器官，其内部神经元之间的信息传递依赖于一种名为神经递质的“化学信使”。这些神经递质在神经系统的正常运作中起着至关重要的作用。然而，从抑郁症、帕金森病到阿尔茨海默症等众多神经系统疾病的发生，往往都与神经递质的失衡紧密相关。传统的神经递质检测方法，如离体脑组织分析，虽然在一定程度上能够提供有关神经递质的信息，但它们存在着明显的局限性。例如，时空分辨率低，无法实现对神经递质动态变化的实时观测，这使得研究者难以全面、准确地把握神经递质在疾病发生、发展过程中的作用。为了克服这些局限，北京铭泰佳信科技有限公司经过自主研发，成功推出了一款活体脑化学物质实时分析系统。这一系统采用了先进的技术，能够实现对活体脑内神经递质的实时、动态追踪。通过这一系统，研究者可以更加精确地观测神经递质的变化，从而深入探究其在神经系统疾病中的角色。接下来，我们将从整套系统的原理、分类以及具体应用等多个维度，为您详细解读这一革命性技术的奥秘。

1、脑化学物质实时分析系统检测原理

脑化学物质实时分析系统是基于电化学原理设计的一套脑化学信号监测设备，实验时将电极植入目标位置，电极周围脑组织中神经递质、代谢物及离子在电极表面发生电化学反应，产生电信号，经系统处理后转化为电流电压信号，最终电信号强度折算成发生变化的物质浓度，实现目标物质实时、动态、高效的定性与定量监测，为神经科学研究提供了一个强大的工具。

2、脑化学物质实时分析系统的分类

2.1 微透析-在线电化学检测技术

传统微透析样品检测一般需要借助液相色谱/质谱联用（LC-MS）分析体系进行，但其时间分辨率受制于色谱柱的分离效率，导致难以实现真正意义上的实时动态监测。为攻克这一技术难题，铭泰佳信科技有限公司成功研发出基于在线电化学检测的微透析样品分析系统，有效提升了监测的时效性和连续性，为相关研究领域带来了革命性的进步。微透析液中目标物质（如葡萄糖、乳酸和维生素C）在电极表面发生电化学反应生成电信号，随后被脑化学物质实时分析系统检测到，省去了传统色谱分离步骤，将检测响应周期缩短至分钟甚至秒级。相较于依赖物理分离的色谱搭配末端质谱检测技术，电化学检测凭借其直接电子转移的特性，显著提升了时间分辨率，为生物体内神经递质释放、代谢物动态监测等领域提供了更高灵敏度与实时性的解决方案。

图1：实时在线微透析检测系统流程详解

该图展示了微透析在线电化学检测过程。系统中，CMA 402双通道泵负责精确输送灌流液至微透析探针；RACS装置可以保证动物在自由清醒状态下活动进行实验，避免了麻醉效应对脑化学物质的潜在影响；在线检测流动池电极配备高灵敏度电化学传感器，实时监测微透析液中的目标物质（如葡萄糖、乳酸和维生素C）的浓度变化，并将信号转化为电信号传输至脑化学物质实时分析仪；脑化学物质分析系统则对采集到的电信号进行实时处理，最终依据浓度与电信号强度的关系折算成物质的浓度。整个系统通过各组件的无缝协作，实现了从液体输送、活体监测到数据解析的全流程闭环操作，为神经科学研究、药物开发及脑功能机制探索提供了高精度、高时效的技术解决方案。

2.2 原位脑化学物质实时检测技术

尽管通过微透析技术将样品取出后再流经在线检测流动池的方法在一定程度上提升了检测效率，但其时间分辨率仍受限于微透析取样过程。为追求更高的时间分辨率，铭泰佳信科技有限公司进一步创新，将电极微型化，推出了原位脑化学物质实时检测技术。这一突破性的神经科学研究手段，能够以高时空分辨率动态监测动物大脑中神经递质、代谢物及离子浓度的瞬时变化。该技术摒弃了传统方法中需将目标物质取出后进行检测的步骤，采用原位植入式电极，直接、精准地插入脑组织的目标区域，实现了更为高效、精准的物质监测。在此过程中，目标物质在电极上直接发生电化学反应，产生的信号实时传输至脑化学物质分析仪，从而实现目标物质毫秒级的连续、动态监测。例如，快速扫描循环伏安法（FSCV）可实时追踪多巴胺和五羟色胺的动态释放过程。该技术不仅可以协助揭示癫痫、成瘾等行为发生的过程中的化学信号传导机制，还能为帕金森病、抑郁症的靶向治疗提供了动态数据支持。

图2：脑化学物质实时原位检测流程详解

2.2.1 原位脑化学物质实时检测技术的优势统计

2.2.2原位脑化学物质实时检测技术具体应用案例

应用案例一

随着神经科学研究的不断深入，对脑内化学物质实时、精准的检测需求日益凸显。原位脑化学物质实时检测技术，作为一项新兴的神经科学研究工具，以其独特的优势在揭示脑功能与疾病机制方面展现出巨大潜力。以下是该技术在实际应用中的具体案例，深入研究了脑科学领域的明星分子——多巴胺以及能量代谢中的关键物质——葡萄糖。这些案例展示了该技术在神经递质动态监测、疾病机制探究以及药物研发等多个重要领域的广泛应用，进一步凸显了其在推动神经科学领域取得突破性进展中的核心作用。

在深入探索动物（以大鼠为例）脑内多巴胺释放机制的实验中，我们首先将工作电极精准地置于目标位置，这里植入的是伏隔核NAc（AP=+1.3，ML=+1.3，DV=-6.0）；刺激电极植入位置中脑腹侧被盖区VTA（AP=-5.2，ML=±0.8，DV=-8-8.4）。VTA作为多巴胺能神经元的重要起源区域，其刺激对于研究多巴胺的释放机制具有重要意义。通过这种双电极植入策略，我们不仅能够实现对特定脑区的精确刺激，还可以实时监测和分析多巴胺在大脑中的动态变化过程。当在刺激电极上施加电刺激时，它会触发VTA中的神经元释放多巴胺，而工作电极则会捕捉到这些化学信号的细微波动并将其转化为电信号输出。这种实验设计使我们能够深入解析多巴胺在脑内的释放模式、调控机制及其在生理奖赏神经投射回路中的关键作用，为理解多巴胺相关疾病（如帕金森病、药物成瘾等）的病理生理机制提供了重要的实验基础。此外，该技术也为开发新的治疗策略和药物干预手段提供了有力的工具和思路。

图3：电刺激模拟生理奖赏神经投射回路过程（大鼠）

多巴胺释放

右上图：背景扣除前的DA响应原始曲线，显示的是未经处理的DA响应数据图。

左上图：背景扣除后的DA响应特征曲线，曲线显示了一个明显的氧化电流峰值，表明这是DA出现的特征峰（假如没有DA产生的情况下，应该是一条直线）。

左下图：DA氧化峰电流随时间变化图（电流/浓度时间变化）。

右下图：DA浓度变化伪色图，图中颜色越深表示DA浓度越高。

应用案例二

葡萄糖作为大脑的主要能量来源，其代谢平衡对于维持正常的脑功能至关重要。近年来，随着神经科学研究的深入，在体实时监测动物模型中的葡萄糖代谢变化逐渐成为研究热点。通过长时间监测清醒小鼠的葡萄糖释放浓度变化，我们可以深入探讨不同脑区、不同行为状态下葡萄糖代谢的特点和规律。此外，这种监测还有助于我们理解葡萄糖代谢紊乱在神经系统疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病和抑郁症等中的重要作用。因此，保证动物在自由清醒的状态下长时间监测葡萄糖释放浓度变化，不仅具有重要的科学价值，也为临床转化研究提供了新的思路和方向。

图4：清醒小鼠长时间监测葡萄糖释放浓度变化

首先，我们在体外环境中测量了不同浓度葡萄糖对应的电流变化，并据此绘制了标准曲线。随后，将电极植入动物体内，待动物恢复后，对在清醒状态下的小鼠进行腹腔注射葡萄糖，之后我们的工作电极捕捉到葡萄糖浓度的变化，以此证明了我们电极的灵敏性。夜间观测结果显示，葡萄糖水平出现上升，随后逐渐回归至正常值，依据先前绘制的标准曲线，我们计算出脑糖波变化约为1.5 mM，以此也证明我们电极的稳定性。次日，对该小鼠进行腹腔注射胰岛素，观测到其葡萄糖水平呈现下降趋势。这一系列结果充分证明了我们的电极具备高稳定性和良好的响应性，也证明了该系统用于监测动物脑内血糖变化的可靠性。

3、当前主流脑化学物质实时检测方法比较

图5：当前主流脑化学物质实时检测方法比较图

相关文献

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铭泰佳信

北京铭泰佳信科技有限公司是一家专注于仪器设备研发、生产及销售的高新技术企业，荣获北京市“专精特新”企业及国家高新技术企业称号。公司产品线广泛覆盖化学分析、生命科学、材料科学、医学和药学等多个专业领域，其自主研发及代理的产品包括：

• 脑化学物质实时分析系统：该系统创新性地实现了十多种脑化学物质在活体状态下的特异性毫秒级监测。

• 微透析设备：作为中国区独家代理，我们提供先进的活体状态下在线取样的解决方案。

• 成像设备：包括尼康双光子显微镜、共聚焦显微镜以及日立超高分辨扫描电镜，为科研提供强大的成像支持。

• 分析仪器：涵盖电化学检测器及荧光检测器，满足多样化的分析需求。

• 动物手术设备：如脑立体定位仪、动物呼吸机、动物麻醉机及CMA 450体温维持仪，为动物实验提供全面的设备支持。

• 实验服务：包括微透析取样与分析，以及活体脑化学物质的实时分析服务。