一、拟研究或解决的问题
一氧化碳（nitric oxide NO）是一种气体信号分子，由于其在机体生理病理过程中有着重要作用，实时监测活细胞分泌NO的水平对于了解人体的病理和生理过程以及相关疾病至关重要。但生物体内细胞产生的 NO 信号弱且寿命短，因此在复杂生物系统中实时分析NO分子仍然是一个重大挑战。为此，本项目构建PVA/Cs/AuNPs水凝胶柔性电极用于活体细胞分泌NO的实时测定。水凝胶具有的三维网络结构，既能有效提高电子传递和离子扩散效率，又能同时增加氧化还原反应的位点。希望通过本项目的实施，能够获得敏感度高、响应速度快的 NO 电极用于细胞分泌NO的实时监测。
二、拟采用研究手段
电极的制备：以 PVA、Cs、和 Au 前驱体为原料，制备 PVA/Cs/AuNPs 水凝胶柔性电极。采用扫描电镜(SEM)、X 射线能谱(EDS)和红外光谱仪(IR)手段对工作电极微观形貌、组分及结构进行表征；利用四探针电导率仪对电极电导率进行测量;联用机械试验机、LED 灯泡和电化学工作站考察柔性电极在一定程度的拉伸形变状态下的电流变化，将电极绕在不同直径的圆柱物体上，考察电极弯曲度与电阻间变化的规律；分析 PVA、Cs 及 Au 的前驱体等组分配体对水凝胶电极微观形貌、结构、导电性及柔韧性的影响。及时反馈信息，调整制备方案，优化电极性能，将具备微观形态均匀、导电性高、柔韧性强等优点的电极作为进一步研究的工作电极。
电极的性能：利用线性扫描伏安法(LSV)和计时电流法(CA)研究传感器 NO 电催化活性,获得标准曲线方程及灵敏度、线性范围、最低检出限等传感器相应量化指标；联用交流阻抗法(EIS)、循环伏安法(CV)、CA 及光谱电化学方法等多种分析手段阐明器件的NO电化学催化机理；采用生物体中几种常见的物质作为NO的干扰物，通过 CA 分析技术，对电极的选择性和特异性进行研究；阐明传感器的可重复性、可重现性和长期稳定性；在传感器的表面培养人脐静脉内皮细胞(HUVECs)，运用相应的光学显微镜分别在 1h、3h 和 72h 观察细胞的存活率，阐明传感器材料的生物相容性。
电极的应用：将 HUVECs 活体细胞接种到工作电极表面，利用 L-精氨酸(L-Arg)刺激HUVECs 细胞产生 NO，通过 CA 技术记录传感器对 NO 的响应电流值。通过 Griess 检测技术间接获得 NO 浓度值，根据数据对照结果，检验器件在体内实时测定的有效性。
文献综述
一氧化碳（nitric oxide NO）是一种气体信号分子，NO参与各种生命活动，它对神经系统、免疫系统、心血管系统等系统有重要影响，对于伤口愈合、免疫反应、心血管稳态、血管舒张、血压调节、抑制血小板活性等生理病理方面都有重要作用[1]。所以，实时监测活细胞NO浓度是至关重要的。由于NO浓度低，扩散快，半衰期短，并且容易被氧气氧化，实时测定活体细胞释放的NO充满挑战。到目前为止已经有多种NO的测定方法，如电子顺磁共振光谱法、化学发光法、荧光法、电化学法、和紫外-可见分光光度法。由于其他方法都面临着成本高、预处理复杂、特异性低等问题，具有高灵敏度、高选择性和可重复分析性能的电化学方法受到了广泛关注。近年来关于电化学方法测定活性细胞释放NO浓度的研究一直是该方向研究的热点，在通过改进电极，采用低成本高灵敏度的材料提高电化学测定灵敏度的方向有较大的前景。
电化学方法测定NO浓度是一种直接测量方法，适用于实时监测。由于测量对象是活性细胞释放的NO，所以对电极的要求较高，不仅要求电极足够微小，还要求良好的线性响应。纳米电极的超微尺寸使得它成为检测NO在各种生理病理情况下的变化最适合的电极。NO纳米电极的工作原理是其对NO的氧化过程。将纳米电极插入样品中，并加大约900mv的工作电压，样品中的NO从电极尖端的选择性气透膜扩散到电极表面，氧化后生成NO ,这种较强的Lewis酸在OH—的存在下转变为亚硝酸根，亚硝酸根再进一步被氧化成硝酸根。得知产生的电流与电极表面NO扩散速度相关，进而与NO在样品中的分压相关。因此，通过电流测定可以反映样品中NO浓度的变化，可以达到监测活细胞释放NO的效果[2]。
近年来，随着研究的深入，发现改造纳米电极材料和结构可以解决由于纳米电极结构等问题造成的测量精密度不高、测量专一性不高等问题。首先，对于由于具有电活性基团的血红蛋白深嵌在蛋白质中造成的对血红蛋白与电极表面的电子转移的限制问题，基于金属（如Co）卟啉（MPor）的传感器达到广泛应用。共价有机框架/聚合物（COFs/COPs）是一种多孔有机聚合物，具有原子精度，可以提高电催化性能，但是由于其结构大多是介孔或微孔孔隙的微晶粉末，极大地限制了其在限制扩散中的应用。为了改进电极，采用由连续三维互联网络组成的石墨烯气凝胶作为支架，用于负载各种电化学材料，将COF-366-Fe的高特异性电催化特性与GA的三维多孔结构相结合，开发了一种用于实时监测NO浓度的高性能电化学传感器。实验和理论均证明COF-366-Fe/GA是一种能有效促进电子传输的优良化学传感器，它不仅增加了催化位点，还有效增强了对NO的电催化性能。该电化学平台使测量的灵敏度提高，有较好的目标感知能力，并且有较好的重现性，可以用于实时监测活性细胞NO的释放[3]。
