凭借高时间和空间分辨等优势，电化学技术在神经递质检测领域取得了很大的进展。近年来，基于碳纤维电极和纳米线电极的安培传感器已被广泛用于检测包括五羟色胺（5-HT）在内的多种神经递质。然而，单一传感界面的微电极植入细胞内便难以满足细胞外物质的同时检测，并且细胞内外神经递质的浓度相差4-5个数量级，目前神经递质电化学传感器较窄的线性范围也难以用于细胞内外神经递质的同时检测。此外，电极植入胞质的过程造成的细胞损伤较大，电极与细胞膜接触处的生物界面还容易导致细胞内液泄露，影响神经化学信号记录的稳定性，并且基于安培法的传感策略通常需要施加高达700 mV的电压，影响神经元正常生理活动，降低传感器的生物相容性。

最近，华东师范大学的田阳教授及其团队创制了一种具有双重传感界面的类膜片钳微吸管电极，实现原代神经元细胞内外5-HT的同时监测和实时量化。该电极外表面修饰了金纳米颗粒，内部则原位聚合了导电水凝胶，该结构可以通过向内部界面施加负压钳取细胞并破膜，在不植入细胞质的前提下将细胞内液与电极内液的连通，实现内部水凝胶界面对细胞内物质的传感，同时电极与细胞膜的良好的负压密封有效防止细胞内液的泄露，保证了细胞内外信号的良好隔离，使外部金界面仅响应细胞外物质。

另一方面，基于5-HT在生理条件下被质子化带正电的特征，该工作还通过在双重传感界面上修饰5-HT结合蛋白(SerBP)，构建了开路电位传感策略，实现对5-HT的直接、高选择、可逆性检测。更重要是的，该工作还提出蛋白工程化调控策略，通过关键氨基酸突变控制SerBP对5-HT的解离常数，将传感器响应5-HT的线性范围从3.16 nM-100 nM拓宽至10 μM-316 μM，成功满足同时记录细胞内外5-HT动态变化的需求。

在神经元细胞测试中，这种结合了开路电位传感策略的非侵入式微吸管电极展现出较低的细胞损伤和极高的生物相容性，与传统细胞植入式纳米电极相比，神经元神经化学信号可连续记录超过1 h，连续记录20 min后神经元活性仍保持在原来的87.6 ± 1.4 %。利用这一强大的工具，在4-氨基吡啶（4-AP）诱导的原代神经元癫痫模型中，首次观察到在细胞内囊泡5-HT释放增强之前，5-HT转运体（SERT）通过逆转功能，反向释放5-HT到细胞外。该工作为神经元生理和病理过程中细胞内外5-HT的动态调控机制提供了新见解，也为设计和开发用于细胞内外物质同步检测的电化学传感器提供了新方法和新思路。

Patch-Clamp-Like Micropipette Electrode with Exterior and Interior Interfaces for Simultaneous Monitoring of Extracellular and Intracellular Serotonin Across Neuron

Jie Liu, Qin Zhou, Yuandong Liu, Yang Tian

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202504408