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微电极及其应用

      由于微电极的电极表面极小,其电化学性质具有许多常规电极所没有的独特优点。另一方面,因为微电极本身的体积也非常小,可以将其插入动物体内进行实时、体内连续分析,直接取得体内化学活动信息,在生命科学研究中获得了重要的应用。
      一、钾、钠离子分析:钾、钠离子是维持正常生命活动所必须的几种主要离子,也是人体液内含量最高的几种阳离子。钾离子在细胞内液中约占阳离子总量的77%,而细胞外部液体中的阳离子中的阳离子主要为钠离子,约占阳离子总量的92%。它们对维持细胞的正常物质代谢、细胞渗透压和酸碱平衡、以及维持神经肌肉的兴奋具有重要作用。测定生物体内和细胞中钾、钠离子含量,不仅为生理研究提供直接信息,而且在医学诊断方面具有重要临床价值。
      二、活体pH测定:在生命活动过程中。生物体内不断的产生酸性和碱性代谢产物。此外,还有相当数量的酸性或碱性物质从外界进入体内。但是,在正常生理情况下,机体内含有酸性和碱性物质,总是保持一定的数量和比例。例如,人体液中的酸碱度(pH)总是稳定在一个狭窄的范围内,波动不超过0.1pH单位。当机体pH偏离正常值时,机体将发生故障,严重时可导致死亡。所以,pH的测定,对于了解机体组织细胞的代谢情况和生理机能具有十分重要的作用。
      三、钙离子和其他物质分析:钙在人体的含量很高,成人体内含钙总量约为1200g。虽然99%的钙积存于骨骼及牙齿中,但体液中的微量钙离子具有重要的生理作用。例如,钙作为酶的激活剂和抑制剂,参与多种酶促反应,并且与心肌和骨骼肌肉的收缩和舒张有密切关系。目前已证实许多痰病与体内钙离子变化有关。困此,生物体中钙离子的研究成为生理,生化、病理及临床等学科感兴趣的课题。近年来,许多学者报道了用钙离子选择性微电极进行钙的生理,病理研究31-35。用自制的钙离子选择性微电极(Ca2+-ISME)测定游离钙,拟反映体内钙被吸收的真实水平。方法建立了血清样品中钙离子测定方法,并进行三种具有代表意义的站钙剂的大鼠药代动力学对比研究。经灌胃给药,定时取血,制备血清并测定其钙离子浓度。用钙离子选择性微电极分别测试人牙菌斑、唾液中游离钙的检测Ca2+。用自制的基于中性载体ETH1001的钙离子选择性微电极41测定大鼠血钙浓度-时间曲线,对新的钙制剂ASA和对照药物葡萄糖酸钙的生物利用度进行对比。用双管钙离子选择性微电极动态检测大鼠脑梗塞后脑细胞外钙离子改变及硝苯吡啶对钙离子的影响。将Ca2+敏感性微电极应用在心肌胞浆Ca2+活度检测中。
      四、测定各种其他离子的微型选择性电极也有很多应用。在丘脑底核(STN)电刺激治疗帕金森病术中,应用微电极(MER)记录、分析针道沿途各核团电生理学特性,确认STN内各亚区范围、边界及STN与周围结构的边界并制图,为提高靶点定位的精确度提供依据.方法:STN电刺激术治疗帕金森病30例,植入刺激电极45个.在影像学定位基础上,应用MER记录、分析各核团细胞电信号的波形、频率、幅值、背景噪声,有无诱发放电、微刺激反应,所获数据结合CT/MRI资料,参考SchaltenbrandWahren脑图谱行针道制图,描画STN内部运动亚区和非运动亚区范围、边界及STN与周围结构的边界,确定最终理想靶点。结果:记录131个针道并制图,平均每个针道记录时间20 min,每植入1个刺激电极需记录291个针道.STN细胞电信号为高频、高幅及背景噪声较高的簇状放电,平均放电频率(49±13) Hz,平均细胞密度(58±14) 个/mm,上、下界间平均长度(58±08) mm;运动相关细胞多位于背外侧部,下肢偏内侧,上肢偏外侧,亦可记录到“震颤同步细胞”.最终靶点与初步靶点的更换率为89%。术中应用MER针道制图,可更精确地确认STN内运动亚区和非运动亚区的范围、边界及STN与周围结构的边界,提高了靶点定位的精确度,也有助于对基底节各神经核团电生理特性的了解。
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