基于表面修飾技術的新型生物傳感器的構建及應用研究.pdf

1、表面修飾是生物傳感器構建過程中最關鍵的步驟，通過表面修飾技術，方便地將生物活性物質和固定化材料固定于生物傳感器表面，設計特定的分子結構單元來賦予膜特定的功能，使構建的傳感器具有許多優(yōu)點，如靈敏度高、響應快、特異性強、壽命長等。本論文研究工作主要以表面修飾技術為主線，結合納米材料構建了新型催化型生物傳感器，將其應用于實際樣品檢測；以及可應用于基于細胞因子和受體相互作用的中藥有效成分作用機理研究的親和型生物傳感技術，將其應用于活血化瘀中藥有

2、效成分赤芍801作用機理的研究中。 論文的主要內(nèi)容如下： 1.基于表面修飾技術的新型催化型生物傳感器的構建及應用研究。利用層層累積(LBL)、溶膠-凝膠(sol-gel)表面修飾技術結合多壁納米碳管(MWCNTs)制備了葡萄糖生物傳感器和L-乳酸生物傳感器。分別對酶電極的制備過程參數(shù)以及傳感器的性能進行了研究。發(fā)現(xiàn)： 基于LBL表面修飾技術制備的葡萄糖生物傳感器對葡萄糖的響應電流值隨著(MWCNTs/GOx)n復

3、合薄膜層數(shù)的不同而變化，當(MWCNTs/GOx)n復合薄膜的層數(shù)為6時，響應電流值達到最大。(MWCNTs/GOx)6復合薄膜修飾的葡萄糖生物傳感器對3×10-2moll-1的葡萄糖的響應電流為1.63μA，響應時間僅為6.7s。該生物傳感器檢測的線性范圍為5×10-4mol1-1～1.5×10-2moll-1，最低檢測濃度可達0.9×10-4moll-1。 基于sol-gel表面修飾技術制備的葡萄糖生物傳感器中，sol-ge

4、l膜的構建優(yōu)化條件是H2O：TEOS為2.5～3.5、TritonX-100濃度5％、pH5.5。在本實驗條件下，多壁納米碳管的最適固定量為5μl(0.25gl-1)，溶膠-凝膠與酶的優(yōu)化體積比為3：2。工作電位+0.55V、pH6.5、25℃為所制備的傳感器的最適工作條件。該傳感器對葡萄糖在0.5-6mmoll-1呈線性響應，響應時間為15s，檢出限為0.05mmoll-1。傳感器的穩(wěn)定性好，45天時的響應值仍保持90％。 基

5、于sol-gel表面修飾技術制備了L-乳酸傳感器，結果表明：加入納米碳管以后生物傳感器的分析特性被明顯提高。加入納米碳管之前生物傳感器的敏感性，線性范圍、最低檢測限(S/N=3)分別是2.097μAmM-1，0.3-1.5mM，0.8×10-3mM。加入納米碳管以后生物傳感器的敏感性，線性范圍、最低檢測限(S/N=3)分別是6.031μAmM-1，0.2-2.0mM，0.3×1003mM。該傳感器已經(jīng)成功地應用于實際血樣中L-乳酸的檢測

6、。 利用鉑納米顆粒和多壁納米碳管結合sol-gel技術構建了增效的電流型L-乳酸傳感器。+0.5V電壓、pH6.4、室溫是該傳感器的最適工作條件。在此優(yōu)化的條件下，該傳感器具有寬的檢測范圍(0.2-2.0mM)、短的響應時間(5秒)、高的靈敏性(6.36μAmM-1)、好的穩(wěn)定性(4周連續(xù)檢測后活性保持90％)。構建的該傳感器具有很好的抗干擾能力。通過該傳感器對實際血樣樣品的檢測的結果表明：該傳感器的檢測結果與傳統(tǒng)的分光光度法具

7、有很好的一致性。 2.基于表面修飾技術的親和型生物傳感器的構建及應用研究。構建了基于生物素-親和素和CMD表面修飾技術的IAsys和QCM生物傳感技術。并將其應用于細胞因子和受體相互作用及活血化瘀中藥有效成分赤芍801的作用機理研究。 分別應用基于生物素-親和素和CMD表面的親和型生物傳感技術一IAsys生物傳感技術和QCM生物傳感技術研究赤芍801與細胞因子受體之間的相互作用。并進一步揭示赤芍801在體內(nèi)的作用靶點及作

8、用機理。通過生物素-親和素和CMD表面修飾技術，將ET-1、sIL-2R和sIL-6R固定于IAsys生物傳感器的樣品池表面和QCM基片的表面，分別用IAsys和QCM檢測它們與赤芍801、IL-2和IL-6的特異性相互作用，并對赤芍801對IL-2與sIL-2R、IL-6與sIL-6R相互作用的影響進行了研究。發(fā)現(xiàn)： ET-1分別以1.21ngmm-2和291.22ngcm-2的密度固定于IAsys樣品池表面和QCM基片表面，

9、赤芍801可與其發(fā)生特異性親和反應，結合量分別為1.28ngmm-2和135.92ngcm-2。因而可以阻斷ET-1與其受體間的結合，從而拮抗ET-1的生物學活性，擴張血管，抑制血小板聚集。這可能是赤芍801心血管保護作用的機理之一，也就是說除了TXA2之外，ET-1可能是赤芍801在體內(nèi)的另一個作用靶點。 sIL-2R分別以0.754ngmm-2和170.48ngcm-2的密度固定于IAsys樣品池和QCM基片表面，IL-2可

10、與其發(fā)生特異性、濃度依賴性親和反應，結合量分別是0.404ngmm-2和44.46ngcm-2。應用FASTfit軟件進行數(shù)據(jù)擬合并計算其反應的動力學常數(shù)，結合速率常數(shù)kass=3.83×104M-1s-1，解離速率常數(shù)kdiss=1.91×10-2s-1，則KD=4.99×10-7M，KA=2.O×106M-1。赤芍801能夠增加IL-2和sIL-2R之間的結合量。 sIL-6R以0.996ngmm-2的密度固定于樣品池表面，

11、以297.08ngmm-2的密度固定于QCM基片表面，IL-6可與其發(fā)生特異性、濃度依賴性親和反應，結合量為0.337ngmm-2和33.70ngcm-2。應用FASTfit軟件進行數(shù)據(jù)擬合并計算其反應的動力學常數(shù)，結合速率常數(shù)kass=1.28×104M-1s-1，解離速率常數(shù)kdiss=1.89×10-4s-1，則KD=1.48×10-8M，KA=6.76×107M-1。赤芍801能夠增加IL-6和sIL-6R之間的結合量，從而影響