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研究团队采用逆向设计策略(lve)，根(gen)据NE的分子结构(gou)特(te)点，精心设计了Zn₁-TiO₂光(guang)电传(chuan)感(gan)材料。该传(chuan)感(gan)器的(de)(de)核心创新在于其(qi)原子级精(jing)度的(de)(de)识别位点：NE分子的(de)(de)邻苯(ben)二酚羟(qiang)基与(yu)TiO₂基底上(shang)的(de)(de)(de)钛位点配位，同(tong)时其侧链的(de)(de)(de)羟基和(he)氨基与锌单(dan)原子形成(cheng)稳(wen)定的(de)(de)(de)五元(yuan)环结构。这种双重识别机制使传感器(qi)对NE的(de)(de)(de)选(xuan)择性显(xian)著高于结构相似的(de)(de)(de)多巴(ba)胺和(he)肾上(shang)腺素，检测限达到纳摩尔级别，响应(ying)时间(jian)仅为60毫(hao)秒。

在应用研究中，团队将(jiang)该传(chuan)感器植(zhi)入小鼠的蓝(lan)斑核、皮层和海(hai)(hai)马(ma)体等脑区(qu)，成功捕捉到癫痫(xian)模(mo)型中NE的动态变(bian)化(hua)。实验数据显(xian)示(shi)，癫痫(xian)发作(zuo)时不同(tong)脑区(qu)的NE释放呈现明显(xian)的时空特征，蓝(lan)斑核和海(hai)(hai)马(ma)体发生(sheng)海(hai)(hai)马(ma)-皮质(zhi)偶联，共同(tong)抑制(zhi)了(le)(le)异常的皮质(zhi)放电。这些发现揭示(shi)了(le)(le)NE在癫痫(xian)发作(zuo)过程(cheng)中的多脑区(qu)协(xie)同(tong)调控(kong)机(ji)制(zhi)，为理(li)解神经(jing)系统疾(ji)病(bing)的病(bing)理(li)机(ji)制(zhi)提供(gong)了(le)(le)新视角。

图1提出的(de)用于NE选择性活(huo)体(ti)检(jian)测的(de)Zn₁-TiO₂ PEC生物传感器(qi)。（a）NE、DA和EP三种儿(er)茶酚胺的化学结构式；（b）NE、DA和EP分子在Zn₁-TiO₂光电(dian)极上的不同结合机制示意图以(yi)及NE在(zai)Zn₁-TiO₂光(guang)电(dian)极上的选(xuan)择性光(guang)电(dian)流信号输(shu)出，NE_OX的化(hua)学结构式代表(biao)NE的最终反应产物；（c）在Cx、Hip和LC中活(huo)体(ti)PEC监测NE，响应时(shi)间短至60 ms，左图是Zn₁-TiO₂微光(guang)电极的(de)SEM图（标(biao)尺为100 μm）。

图2 Zn₁-TiO₂的表征。（a）Zn₁-TiO₂的(de)高角环(huan)形暗(an)场（AC HADDF-STEM）像(xiang)差校正，比例尺(chi)为2 nm；（b）Zn₁-TiO₂的放大AC HAADF STEM图像亮度三维热图；（c）Zn₁-TiO₂的高分辨Zn 2p XPS光谱；（d）TiO₂和(he)Zn₁-TiO₂的(de)高分辨率(lv)O1s XPS光(guang)谱；（e）Zn₁-TiO₂和Zn箔XANES光谱的Zn k边；（f）k³加权FT-EXAFS谱(pu)；（g）Zn k边(bian)FT - EXAFS拟合曲(qu)线；（h）Zn箔(bo)和（i）Zn₁-TiO₂的k³加权EXAFS等值线图的小波变换。

图3 NE的选择性PEC检测。NE、DA和EP在（a）原始TiO₂、（b）Zn NPs -TiO₂和（c）Zn₁-TiO₂上(shang)的选择(ze)性PEC响应，数据用mean±SD表示（n = 3个(ge)电极(ji)）；（d）不同Zn单原子含量下，NE/DA和NE/EP在TiO₂、Zn NPs/TiO₂和Zn₁-TiO₂的光电流响应比(bi)值，数据用mean±SD表示（n = 3个(ge)电极）；（e）TiO₂、Zn₁-TiO₂、NE、NE/TiO₂和NE/Zn₁- TiO₂的FTIR光谱；（f）NE、DA、EP在TiO₂和(he)Zn₁- TiO₂上吸附能(neng)的DFT计算(suan)；（g）NE在(zai)Zn₁-TiO₂上的PEC氧(yang)化(hua)过程；光照前(qian)后NE/Zn₁-TiO₂上的（h）Zn 2p3/2和（i）Ti 2p3/2高分辨率XPS光谱；（j）Zn₁-TiO₂、NE/Zn₁-TiO₂态(tai)总密度；（k）Zn 3d, Ti 3d，O2p和N2p轨道(dao)的分波态(tai)密度；（l）NE/Zn₁-TiO₂局部(bu)电荷密度(du)差的DFT计算(suan)，黄色(se)部(bu)分(fen)为局部(bu)电荷积累区，青色(se)部(bu)分(fen)为局部(bu)电荷耗尽区；（m）PEC氧化前后NE的紫外可见吸收光(guang)谱；（n）NE在Zn₁-TiO₂上PEC氧化后的LC-MS谱图；（o）NEox在(zai)Zn₁-TiO₂上的DFT吸附能计(ji)算；（p）NE在TiO₂上、NE在Zn₁-TiO₂上和NEox在Zn₁-TiO₂上的MSD图。

图4 LC单(dan)脑区(qu)中(zhong)NE的(de)(de)PEC活体检测。（a）微光电极用于(yu)LC中(zhong)NE测量的(de)(de)示(shi)意图；（b）0.3 mg/Kg可(ke)乐定(ding)、（c）1.0 mg/Kg托莫西汀、（d）50 mM K⁺注射后(hou)小鼠LC中(zhong)微光(guang)电(dian)极的光(guang)电(dian)流响应（n = 5只(zhi)小鼠）；（e）MD-HPLC检测示(shi)意图；（f） 0.3 mg/Kg可乐定(ding)、（g）1.0 mg/Kg托莫西汀、（h）50 mM K+注射后(hou)，用MD-HPLC测定(ding)的小鼠LC中(zhong)NE浓度（n = 5只(zhi)小鼠）。数据以mean±SD表示(shi)。采用双尾非配对t检验计(ji)算(suan)统计(ji)学(xue)显(xian)著性，并注明p值（ns p > 0.05, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001）。

图5不同脑(nao)区NE的PEC活体(ti)检测。（a）多支微光电(dian)极(ji)用于Cx、LC和Hip中NE同时测量(liang)的示意图；（b）注射PTZ （65 mg/kg）后(hou)Cx的代(dai)表(biao)性(xing)脑(nao)电(dian)图记(ji)录以及癫痫三个重要阶段的放大脑(nao)电(dian)图图像。b1：癫痫前，b2：癫痫期，b3：癫痫后(hou)；Zn₁-TiO₂微光电极在癫痫小鼠Cx、LC、Hip脑区(qu)的（c）光(guang)电流(liu)信(xin)号和（d）对(dui)应的(de)光(guang)电流(liu)折线图；数据以(yi)mean±SD表示（***p < 0.001）。（e）经2.0 mg/kg唑(zuo)尼沙胺后(hou)注(zhu)(zhu)射PTZ后(hou)小鼠Cx的(de)代表性脑(nao)电图(tu)记录；（f）注(zhu)(zhu)射2.0 mg/kg唑(zuo)尼沙胺后(hou)，Zn₁-TiO₂光电极在癫痫(xian)小鼠(shu)(shu)Cx、LC、Hip脑(nao)区的(de)（f）光电流信号和（g）对(dui)应的(de)光电流折线图；（h）癫痫(xian)小鼠(shu)(shu)和正常(chang)小鼠(shu)(shu)Hip、LC和Cx中caspase- 3活(huo)性；（i）癫痫(xian)前(qian)后小鼠(shu)(shu)新(xin)物体识别能力的(de)变化(hua)；（j）方形(xing)空场地5分(fen)钟内小鼠(shu)(shu)典型运动轨(gui)迹；（k）小鼠(shu)(shu)癫痫(xian)前(qian)后移动的(de)总距(ju)离（n = 5只，n.s.指(zhi)无显著差(cha)异）。数据以mean±SD表示(shi)。