A Photoelectrochemical Sensor for Real-Time Monitoring of Neurochemical Signals in the Brain of Awake Animals

神经化学 化学 微电极 神经科学 多电极阵列 纳米技术 电极 材料科学 心理学 物理化学
作者
Xinghuan Wang,Tao Lü,Zirui Cai,Dongfang Han,Xiaoxue Ye,Zhihong Liu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (15): 6079-6088 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00934
摘要

Metal ion homeostasis is imperative for normal functioning of the brain. Considering the close association between brain metal ions and various pathological processes in brain diseases, it becomes essential to track their dynamics in awake animals for accurate physiological insights. Although ion-selective microelectrodes (ISMEs) have demonstrated great advantage in recording ion signals in awake animals, their intrinsic potential drift impairs their accuracy in long-term in vivo analysis. This study addresses the challenge by integrating ISMEs with photoelectrochemical (PEC) sensing, presenting an excitation-detection separated PEC platform based on potential regulation of ISMEs. A flexible indium tin oxide (Flex-ITO) electrode, modified with MoS2 nanosheets and Au NPs, serves as the photoelectrode and is integrated with a micro-LED. The integrated photoelectrode is placed on the rat skull to remain unaffected by animal activity. The potential of ISME dependent on the concentration of target K+ serves as the modulator of the photocurrent signal of the photoelectrode. The proposed design allows deep brain detection while minimizing interference with neurons, thus enabling real-time monitoring of neurochemical signals in awake animals. It successfully monitors changes in extracellular K+ levels in the rat brain after exposure to PM2.5, presenting a valuable analytical tool for understanding the impact of environmental factors on the nervous system.
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