基于碳納米材料信號(hào)放大的電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、疾病特異性蛋白質(zhì)、致病基因及生物活性小分子的超靈敏、高選擇性定量檢測(cè)，對(duì)生命活動(dòng)機(jī)理的闡釋、疾病的致病機(jī)制及其變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)、疾病的早期診斷及治療、藥物的研制和篩選等方面具有十分重要的意義。電化學(xué)生物傳感器由于兼具靈敏度高、所需藥品少、操作簡(jiǎn)單、便攜、能在體檢測(cè)和生物敏感元件的高選擇性、高特異性等兩方面的優(yōu)勢(shì)，已成為簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的腫瘤標(biāo)記物、寡核苷酸多態(tài)性及生物活性小分子的主要檢測(cè)技術(shù)之一。然而其相對(duì)較低的檢測(cè)靈敏度和較為單一的原理

2、設(shè)計(jì)在一定程度上阻礙了電化學(xué)生物傳感技術(shù)的應(yīng)用。碳納米材料除具有納米材料本身優(yōu)越的物理、化學(xué)特性外，還因比表面積大、表面自由能高、表面易修飾、催化性能好、獨(dú)特的大共軛體系使其電子傳輸能力強(qiáng)、與生物大分子之間存在相互作用（如疏水作用、疊加作用和靜電相互作用）等優(yōu)勢(shì)，為上述關(guān)鍵問題的解決提供了新的思路與契機(jī)。基于此，本論文將石墨烯、碳納米管等碳納米材料的信號(hào)放大作用、生物敏感元件的高選擇性與電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建了基于碳納米材料信號(hào)放大的

3、新型電化學(xué)生物傳感器，建立了能用于血清等復(fù)雜基質(zhì)中腫瘤標(biāo)記物、DNA等生物大分子和NO、三磷酸腺苷及左氧氟沙星等生物活性小分子的超靈敏、高特異性分析檢測(cè)新方法。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）構(gòu)建了基于石墨烯(GR)、表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、殼聚糖(CS)和血紅蛋白(Hb)固定在玻碳電極(GCE)表面的新型一氧化氮(NO)電流型生物傳感器。利用掃描電鏡和電化學(xué)技術(shù)對(duì)此傳感器的表面形態(tài)和電化學(xué)行為進(jìn)行了表征。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Hb在勢(shì)電位–0.19V附近出現(xiàn)一對(duì)穩(wěn)定、準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，在該修飾電極上表面覆蓋量，其電化學(xué)行為是一個(gè)表面控制的電化學(xué)過程，電子傳遞速率常數(shù)為60.3s1。同時(shí)，該修飾電極對(duì)NO具有良好的催化能力，傳感器表觀米氏常數(shù)(KRmPapp)低至0.315μM，表明GR不僅顯著地加速了Hb與基底電極之間的直接電子轉(zhuǎn)移，而且極大地提高了Hb對(duì)NO的電催化活性。此外，油菜葉片勻漿中外加NO含量的成功檢測(cè)表明該分析方法具有一定的實(shí)際

5、應(yīng)用前景。
　?。?）結(jié)合GR、發(fā)卡式DNA(HO)、納米金棒(GNRs)和生物素-鏈霉親和素(SA)反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，制備了新型三重信號(hào)放大的通用型電化學(xué)生物傳感器。將一端修飾巰基、一端修飾生物素的HO和辣根過氧化物酶(HRP)固定在GNRs上形成HO-GNRs-HRP復(fù)合物用作電化學(xué)檢測(cè)的標(biāo)記物，與癌胚抗原或目標(biāo)DNA(T-DNA)反應(yīng)后，目標(biāo)物與核酸適體相互作用使HO發(fā)卡式結(jié)構(gòu)打開，HO末端的生物素恢復(fù)“活性”，從而使HO-GNR

6、s-HRP復(fù)合物被SA-CS/GR修飾電極捕獲，HRP催化底物生成電化學(xué)活性物質(zhì)，產(chǎn)生可測(cè)的電流信號(hào)。采用掃描電鏡和交流阻抗、差分脈沖伏安法對(duì)該傳感器進(jìn)行了表征，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)展了用于癌胚抗原和寡核苷酸多態(tài)性檢測(cè)的夾心型核酸適體電化學(xué)傳感器，檢測(cè)限分別為1.5pg mL/1和0.3pM，并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)肺病患者血清中癌胚抗原的高靈敏檢測(cè)。該方法靈敏度高、選擇性好、線性范圍寬、通用性強(qiáng)，且能用于實(shí)際樣品檢測(cè)。
　?。?）采用一步電

7、化學(xué)聚合法制備了聚鄰氨基苯酚/多壁碳納米管(PoAP/MWCNTs)復(fù)合膜修飾電極，解決了碳納米管在電極表面均一、穩(wěn)定修飾的難題。研究了抗生素藥物左氧氟沙星在該修飾電極上的電化學(xué)行為，結(jié)果顯示PoAP/MWCNTs復(fù)合膜對(duì)于左氧氟沙星的電化學(xué)氧化有良好的催化效果。優(yōu)化了檢測(cè)條件、檢測(cè)限為1.0μM?？疾炝嗽搹?fù)合膜修飾電極對(duì)左氧氟沙星檢測(cè)的選擇性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藥物中左氧氟沙星的定量檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果與高效液相色譜所得結(jié)果一致。
　?。?）利