Pinnacle一站式神经电生理信号采集方案，助力神经科学研究（二）

PINNACLE 

上一篇我们介绍了Pinnacle神经电生理信号采集系统中的脑电肌电及光遗传部分，既然是一站式系统，又怎么能少了神经化学物质的测量呢？Pinnacle拥有超过15年的生物传感器研发经验，今天我们就一起来看看Pinnacle在神经化学物质测量方面给我们带来的惊喜吧！

一、生物传感器（Biosensors）

生物传感器的典型用途是什么？

Pinnacle生物传感器提供有关特定分析物的实时信息，以便对中枢神经系统（CNS）内的变化进行预测建模。Pinnacle的生物传感器收集的数据的时间和空间分辨率非常好。可用于以下研究：

在体监测脑化学微环境

行为和生理活动期间的神经化学监测

药物筛选，包括神经药理作用

鉴定生物标记物

调查认知，行为，昼夜节律周期，压力，学习，记忆，睡眠，癫痫发作，警惕状态和新药效应

生物传感器能检测到什么？

Pinnacle生物传感器监测CNS神经化学物质浓度的实时变化。生物传感器测量特定分析物的细胞外浓度变化，不受其他物质的干扰。不测量基础浓度。

有哪些可用的生物传感器？

目前，考虑到运输时间，中国大陆地区可使用谷氨酸、葡萄糖、乳酸生物传感器以及氧浓度传感器。

在体寿命

最低检出限

180um

（直径）

最低检出限80um

（直径）

谷氨酸

36小时

0.05-0.1uM

0.15-0.2uM

葡萄糖

96+小时

2-5uM

5-10uM

乳酸

96+小时

5-10uM

1-5uM

Pinnacle生物传感器的工作原理？

Pinnacle生物传感器依靠一种酶来识别目标分析物。当目标分析物与酶接触时，酶催化处理分析物以产生副产物H2O2。产生的H2O2量与分析物的浓度成正比。酶促产生的H2O2在转换元件（Pt-Ir电极）处氧化，生物传感器获得响应，记录为氧化电流。氧化电流通常以纳安（nA）为单位记录。

应用

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药物反应：植入C57小鼠mPFC中的谷氨酸生物传感器的体内记录。在零分钟标记处腹腔注射MK-801（0.18mg/kg）。根据传感器的后校准，将数据转换为谷氨酸的浓度变化。

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谷氨酸传感器和脑电活动：谷氨酸浓度变化对应于癫痫样脑电活动。Stim-ON表示20秒的光遗传性癫痫发作诱导期（n=11个事件，条形代表SEM）。

二、连续葡萄糖监测系统（CGMS）

Pinnacle的连续葡萄糖监测系统（CGMS）旨在以1秒的时间分辨率实时测量自由活动的大鼠体内的间质葡萄糖，专为糖尿病和代谢研究设计。葡萄糖生物传感器采用皮下微创植入的方式，快速且操作简单。无线传输数据，只需在实验开始时更换电池，添加新的传感器，实验即可开始。

1. 耐用、抗撕裂的防水袋，内装电子设备和电池。

2. 低功耗无线稳压器，最多可将两个数字化信号传输至蓝牙USB加密狗，加密狗与采集软件连接，用于数据记录。

3. 植入动物背部皮下的葡萄糖传感器，使用四根外科缝线固定。

4. 稳定传感器及电子设备的马甲。

CGMS 系统参数

传感器检测限

10-500mg/dL

传感器寿命

17天+

系统重量

5.9g

电池寿命

25天

通道数

2

信号传输半径

6m应用

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从皮下植入传感器的糖尿病脂肪肝（ZDF）大鼠收集的长期遥感数据。每日投喂葡萄糖丸。

三、快速扫描循环伏安法（FSCV）系统

Pinnacle强大的Turn-key FSCV系统旨在简化儿茶酚胺（即多巴胺、去甲肾上腺素等）和其他电活性分析物质（如腺苷）的测量。它的工作原理是在植入的碳纤维传感器上快速循环一个电压，并测量产生的电流。

多巴胺、去甲肾上腺素、五羟色胺、腺苷的预编程波形，支持自定义波形。

FSCV系统参数

电压跨度

-0.6V至+1.5V

Max 

sweeps/sec

10

Max 

scan rate

1000V/s

Max 

points/sweep

1000

用户自定义扫描

支持

标准扫描

多巴胺，五羟色胺，去甲肾上腺素，腺苷

可定制不同类型/尺寸的碳纤维电极增益

Pinnacle的FSCV软件支持短视频录制（两分钟或者更短时间）以及使用扩展连续模式的长期录制。该软件还具有背景减除、预编程和自定义波形、热力图、三维可视化等功能。数据可以以常见的电子表格格式导出。

应用

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自由移动大鼠的典型数据。使用34um传感器的Pinnacle无线FSCV系统。

从左到右：热图，伏安图，电流，背景。

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当进行FSCV检测时，多巴胺（蓝色）、五羟色胺（绿色）和去甲肾上腺素（红色）显示特定的伏安曲线。

部分高分文献：

向上滑动阅览

《Neuron》1. J Feng et al. A genetically encoded fluorescent sensor for rapid and specific in vivo detection of norepinephrine.2. T Papouin et al. Septal cholinergic neuromodulation tunes the astrocyte-dependent gating of hippocampal NMDA receptors to wakefulness.

《Nature》3. K Liu et al.Lhx6-positive GABA-releasing neurons of the zona incerta promote sleep.

其他文献（部分）：

1. Meunier, C.J. (2020) Advancing Voltammetry  and Analysis Strategies for Enhanced Throughput, Quantification, Chemical Diversity, and Selectivity. 

2. Cairns et al.(2007). Systemic administration of monosodium glutamate elevates intramuscular glutamate levels and sensitizes rat masseter muscle afferent fibers.

3. Gass, J.T. & Olive, M.F. (2012). Neurochemical and neurostructural plasticity in alcoholism.

4.Kotanen et al.(2018). Fabrication and in vitro performance of a dual responsive lactate andglucose biosensor.

5.Lenoir, M. & Kiyatkin, E.(2013). Intravenous nicotine injection induces rapid, experience-dependent sensitization of glutamate release in the ventral tegmental area and nucleus accumbens.

6. Mazzone, G.L. & Nistri, A. (2011). Delayed neuroprotection by riluzole against excitotoxic damage evoked by kainate on rat organotypic spinal cord cultures.

7. McKillop et al. (2021) Diazepam effects on local cortical neural activity during sleep in mice.

8. Pavlov et al.(2021) Effects of Sleep Deprivation on the Brain Electrical Activity in Mice.

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