環(huán)境毒物及癌癥標(biāo)志物檢測的新型電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量污染物的排放造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)資源破壞，使人類的生存環(huán)境和生命健康受到威脅。另一方面，隨著人類生活水平的提高，人們的健康意識逐漸增強。疾病是人體健康的主要威脅之一。疾病的早期診斷可以大大縮短治療時間，提高疾病的治愈率。環(huán)境污染和醫(yī)療水平與人體健康密切相關(guān)，成為了人們?nèi)粘Ｉ钪嘘P(guān)注的重中之重。那么，發(fā)展環(huán)境毒物與疾病標(biāo)志物的無損、快速、高靈敏分析和檢測技術(shù)越來越引起研究者的關(guān)注。
　　電化學(xué)生物傳感器

2、是當(dāng)前生物傳感器發(fā)展的熱點之一，它采用固定化生物分子或生物體作為敏感元件，以電極為換能器，通過檢測目標(biāo)分析物與敏感元件反應(yīng)引起的電信號的改變，實現(xiàn)對目標(biāo)物的分析和檢測。電化學(xué)生物傳感器將電化學(xué)強大的分析功能與生物識別過程的特異性相結(jié)合，具有選擇性好、靈敏度高、儀器便攜、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、生物醫(yī)藥和軍事等領(lǐng)域。本論文著力于構(gòu)建新型電化學(xué)生物傳感器，并將其應(yīng)用于環(huán)境毒物分析檢測以及癌癥標(biāo)志物的檢測。
　　

3、本論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:
　　1.提出了一種無標(biāo)記的實時高通量細(xì)胞阻抗傳感器用于重金屬毒性的檢測方法
　　我們使用自行設(shè)計的高通量細(xì)胞阻抗傳感器及檢測儀器實時監(jiān)測了重金屬Hg2+、Cd2+、Pb2+的肝細(xì)胞毒性以及Zn2+對Cd2+的細(xì)胞毒性的抑制作用。實驗結(jié)果揭示了Cd2+、Pb2+和Hg2+的肝細(xì)胞毒性大小、作用速度等信息。同時，實驗結(jié)果表明Zn2+對Cd2+造成的細(xì)胞凋亡的拮抗程度是與Zn2+劑量有關(guān)的。一

4、定劑量的Zn2+表現(xiàn)出對Cd2+造成的細(xì)胞毒性的抑制作用，然而高劑量的Zn2+會增強細(xì)胞毒性。Zn2+對細(xì)胞的保護(hù)作用可能是基于Zn2+的抗氧化特性和Zn2+占據(jù)了Cd2+在細(xì)胞上的結(jié)合位點。本文的結(jié)果可為Cd2+中毒的治療提供一定的參考。綜上所述，我們提供了一個高通量的化合物毒性初篩平臺，在環(huán)境毒物毒性評估和藥物篩選等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
　　2.提出了一種基于T-Hg2+-T配位的電化學(xué)DNA傳感器用于Hg2+檢測方法

5、>　　本文首先使用納米金比色法對Hg2+進(jìn)行檢測，對T-Hg2+-T錯配及其特異性進(jìn)行驗證，然后提出一種基于T-Hg2+-T配位的電化學(xué)DNA傳感器檢測汞離子的方法。首先將含有若干個胸腺嘧啶的探針DNA通過Au-S鍵固定在電極表面，利用汞(Ⅱ)離子介導(dǎo)的T-Hg2+-T配對使得固定在電極上的探針DNA與檢測DNA發(fā)生偽雜交，從而將檢測DNA標(biāo)記的二茂鐵引入電化學(xué)體系。通過檢測DNA上二茂鐵的電化學(xué)氧化電流，實現(xiàn)了對Hg2+的高靈敏電化學(xué)

6、檢測。應(yīng)用該方法可檢測到2.7nM的Hg2+，檢測范圍為5nM-200nM。實驗結(jié)果還表明該傳感器對Hg2+有較好的選擇性。
　　3.研究了基于碳納米管的電化學(xué)酶傳感器用于軟海綿酸毒素快速檢測本文將碳納米管以鄰氨基苯酚電聚合的方法修飾在印刷電極表面，然后把蛋白磷酸酶PP2A固定在碳納米管修飾電極上。利用貝類毒素軟海綿酸對蛋白磷酸酶PP2A的抑制作用，以p-NPP為底物，通過檢測軟海綿酸對PP2A抑制作用引起的酶催化產(chǎn)物p-NP氧化

7、電流的降低對軟海綿酸進(jìn)行分析測定。由于碳納米管具有良好的理化特性，可以顯著改善電極的電化學(xué)性能，增加電極對酶的負(fù)載量，從而得到高靈敏的檢測結(jié)果。應(yīng)用該方法可以檢測到0.67μg/L的軟海綿酸，比基于酶抑制的比色檢測法的檢測限低一個數(shù)量級，檢測范圍為1μg/L-300μg/L。此外，我們將此傳感器用于加標(biāo)樣本的檢測，得到了較高的回收率。
　　4.研究了基于磁珠的電化學(xué)免疫傳感器用于軟海綿酸毒素的高靈敏檢測
　　選用羧基磁珠為載

8、體，構(gòu)建了基于競爭性免疫反應(yīng)的電化學(xué)分析方法。修飾在磁珠表面的軟海綿酸與待測溶液中軟海綿酸競爭性地與HRP標(biāo)記的軟海綿酸抗體發(fā)生免疫反應(yīng)。形成的磁珠復(fù)合物在磁鐵作用下被捕獲到絲網(wǎng)印刷電極的工作電極上。利用辣根氧化物酶(HRP)的催化作用，使用差分脈沖伏安法，對軟海綿酸進(jìn)行電化學(xué)測定。傳感器對軟海綿酸的檢測范圍為0.05μg/L-50μg/L，檢測下限降低到0.039μg/L。磁珠的使用使實驗操作的復(fù)雜性降低，檢測時間縮短，也減少了樣品中

9、其它物質(zhì)對檢測的干擾。實際樣品檢測結(jié)果表明本方法有應(yīng)用于軟海綿酸現(xiàn)場檢測的潛力。
　　5.研究了一種高靈敏直接型電化學(xué)免疫傳感器用于癌胚抗原的檢測利用納米金和蛋白A作為固定抗體的雙重放大基質(zhì)。納米金比表面積大、良好的生物相容性促使更多的蛋白A吸附在電極表面。蛋白A可與抗體的Fc段結(jié)合，使抗體定向固定在電極表面。癌胚抗原與電極上癌胚抗原抗體形成的免疫復(fù)合物阻礙了氧化還原對在電極表面的電子轉(zhuǎn)移。使用循環(huán)伏安法和阻抗譜掃描法對癌胚抗原進(jìn)