基于納米材料修飾的電流型免疫及適體傳感器的研究.pdf

1、生物傳感器是利用生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)與物理化學(xué)檢測(cè)要素組合在一起對(duì)被分析物進(jìn)行檢測(cè)的裝置。電流型生物傳感器根據(jù)生物化學(xué)反應(yīng)前后的電流變化來檢測(cè)生物分子的濃度，所以增加電流響應(yīng)信號(hào)，發(fā)展靈敏度高、穩(wěn)定性好的生物分析技術(shù)一直是電流型生物傳感器研究的一個(gè)重要方向。近年來，納米材料(如納米粒子、納米線，納米管等)已被廣泛應(yīng)用到生物傳感器，其具有較大的比表面積，良好的吸附能力和生物兼容性等特點(diǎn)，作為生物活性物質(zhì)的載體其不僅可提

2、高生物分子的吸附量和穩(wěn)定性，亦可很好的保持生物分子的生物活性，還能很大程度上改善傳感器靈敏度和使用壽命等性能。電化學(xué)免疫傳感器利用抗原和抗體間的高度特異性結(jié)合，將傳統(tǒng)的免疫測(cè)試方法與近代生物傳感技術(shù)、電化學(xué)分析技術(shù)融為一體，既具有免疫反應(yīng)的高選擇性又兼有電化學(xué)分析的高靈敏性，被廣泛應(yīng)用于臨床診斷領(lǐng)域。將適體作為分子識(shí)別元件固定電極上的電化學(xué)適體傳感器，根據(jù)適體與目標(biāo)分析物結(jié)合前后電化學(xué)信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物檢測(cè)的分析器件，近年來的

3、發(fā)展備受關(guān)注。
　　 本論文將納米技術(shù)、生物傳感技術(shù)和電化學(xué)分析技術(shù)結(jié)合用于免疫及適體分析。應(yīng)用導(dǎo)電納米聚合物、納米金、碳納米管、納米鉑等納米材料，采用不同方法在電極表面構(gòu)建功能化生物分子固定界面，制備了一系列性能優(yōu)良的電化學(xué)生物傳感器。同時(shí)用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、光譜技術(shù)、電化學(xué)分析技術(shù)對(duì)電極的組裝過程、功能界面進(jìn)行了表征，對(duì)其在生物分析方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討。具體而言本文開展了如下工作：
　　 1.基

4、于聚2,6-二氨基吡啶膜及納米金修飾的癌胚抗原免疫傳感器研究利用導(dǎo)電聚合物2,6-二氨基吡啶(pPA)，以癌胚抗原(CEA)和癌胚抗體(anti-CEA)為生物模型分子，采用電聚合技術(shù)和共價(jià)鍵合作用，研制新型高靈敏電流型免疫傳感器。采用簡(jiǎn)單快捷的電聚合方法，在玻碳電極(GCE)表面聚合2,6-二氨基吡啶(PA)，創(chuàng)建了表面帶-NH3+，導(dǎo)電性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，呈納米線狀的聚2,6-二氨基吡啶膜(pPA)免疫傳感器固定矩陣。在此矩陣上利用戊

5、二醛交聯(lián)電活性物質(zhì)硫堇(Thi)，再利用硫堇分子豐富的氨基結(jié)合具有比表面積大、吸附力強(qiáng)、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)的納米金(GNPs)。繼而利用納米金吸附固定癌胚抗體(anti-CEA)，制得CEA免疫傳感器。經(jīng)過掃描電鏡(SEM)等實(shí)驗(yàn)表征發(fā)現(xiàn)，該電流型免疫傳感器簡(jiǎn)便地創(chuàng)建的聚合物固定矩陣，具有表面纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能較大的增加電極比表面積，為電子的轉(zhuǎn)移提供更多的通道。同時(shí)利用其表面大量的正電荷氨基能較好得固定Thi，而采用的GNPs增加了抗體的

6、固定量，并較好的保持了抗體的生物活性。該傳感器具有制作過程簡(jiǎn)單，檢測(cè)限低，穩(wěn)定性好以及線性范圍寬等特點(diǎn)。
　　 2.基于納米金與碳納米管-硫堇復(fù)合物固定甲胎蛋白的電流型免疫傳感器研究利用多壁碳納米管-硫堇(MWNTs-Thi)復(fù)合物和納米金固定anti-AFP，成功構(gòu)建了高靈敏的電流型AFP免疫傳感器。本研究在電極表面創(chuàng)建固載基質(zhì)時(shí)，選用被視為線性富勒烯分子，擁有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)的碳納米管(MWNTs)，利用它能與含有π電子的化合

7、物(如硫堇)通過π-π非共價(jià)鍵作用相結(jié)合，將功能化的MWNTs-Thi膜修飾于玻碳電極表面。該固定矩陣中，碳納米管空心管狀結(jié)構(gòu)作為電活性物質(zhì)硫堇的載體，可提高硫堇作為媒介體在修飾電極中的固定量，穩(wěn)定性并改善其電子的傳遞。同時(shí)經(jīng)硫堇分子修飾的MWNTs，表面得到功能化而帶有豐富的氨基，增強(qiáng)了其生物相容性，便于進(jìn)一步固載納米粒子、生物分子等。在此復(fù)合物膜上通過靜電吸附固定納米金，從而吸附甲胎蛋白抗體，制得了一種性能優(yōu)良的電流型甲胎蛋白抗原免

8、疫傳感器。該傳感器制作過程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，線性范圍0.20～200 ng/mL，檢測(cè)限為0.06ng/mL(S/N=3)。
　　 3.基于納米鉑與酶標(biāo)生物素-親和素構(gòu)建的超靈敏凝血酶適體傳感器的研究利用納米鉑(PtNPs)、過氧化氫酶標(biāo)記凝血酶適體，通過其對(duì)過氧化氫的催化作用，構(gòu)建信號(hào)放大的新型電流型凝血酶?jìng)鞲衅鳌１狙芯坎捎秒p適體夾心分析模式，以及酶標(biāo)記催化放大手段。玻碳電極電極表面的電沉積納米金，可增大電極比表面積，改善電極表

9、面與生物分子之間的電子傳輸能力，提供良好的組裝基質(zhì)，為凝血酶適體Ⅰ(TBA Ⅰ)的巰基自組裝提高固定量，改善檢測(cè)的靈敏度。結(jié)合凝血酶后，將制成的含有酶標(biāo)生物素-親和素(HRP-Biotin,HRP-Adivin)、納米鉑、凝血酶適體Ⅱ復(fù)合納米粒子，通過適體與凝血酶蛋白的作用，固定于電極表面。在過氧化氫的存在下，適體Ⅱ上標(biāo)記的PtNPs-HRP復(fù)合物共同作用于底物，從而產(chǎn)生催化放大電流信號(hào)。所采用的功能化適體Ⅱ，利用PtNPs結(jié)合5'末端