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、細胞等)與物理化學檢測要素組合在一起對被分析物進行檢測的裝置。電流型生物傳感器根據(jù)生物化學反應前后的電流變化來檢測生物分子的濃度，所以增加電流響應信號，發(fā)展靈敏度高、穩(wěn)定性好的生物分析技術一直是電流型生物傳感器研究的一個重要方向。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，作為生物活性物質的載體其不僅可提

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。電化學免疫傳感器利用抗原和抗體間的高度特異性結合，將傳統(tǒng)的免疫測試方法與近代生物傳感技術、電化學分析技術融為一體，既具有免疫反應的高選擇性又兼有電化學分析的高靈敏性，被廣泛應用于臨床診斷領域。將適體作為分子識別元件固定電極上的電化學適體傳感器，根據(jù)適體與目標分析物結合前后電化學信號的變化來實現(xiàn)對目標分析物檢測的分析器件，近年來的

3、發(fā)展備受關注。
　　 本論文將納米技術、生物傳感技術和電化學分析技術結合用于免疫及適體分析。應用導電納米聚合物、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)良的電化學生物傳感器。同時用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、光譜技術、電化學分析技術對電極的組裝過程、功能界面進行了表征，對其在生物分析方面的應用進行了探討。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，采用電聚合技術和共價鍵合作用，研制新型高靈敏電流型免疫傳感器。采用簡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+，導電性能好，結構穩(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)電活性物質硫堇(Thi)，再利用硫堇分子豐富的氨基結合具有比表面積大、吸附力強、生物相容性好等優(yōu)點的納米金(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)等實驗表征發(fā)現(xiàn)，該電流型免疫傳感器簡便地創(chuàng)建的聚合物固定矩陣，具有表面纖維網(wǎng)狀結構，能較大的增加電極比表面積，為電子的轉移提供更多的通道。同時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單，檢測限低，穩(wěn)定性好以及線性范圍寬等特點。
　　 2.基于納米金與碳納米管-硫堇復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)復合物和納米金固定anti-AFP，成功構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)建固載基質時，選用被視為線性富勒烯分子，擁有獨特的分子結構的碳納米管(MWNTs)，利用它能與含有π電子的化合

7、物(如硫堇)通過π-π非共價鍵作用相結合，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構作為電活性物質硫堇的載體，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，增強了其生物相容性，便于進一步固載納米粒子、生物分子等。在此復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單、穩(wěn)定性好，線性范圍0.20～200 ng/mL，檢測限為0.06ng/mL(S/N=3)。
　　 3.基于納米鉑與酶標生物素-親和素構建的超靈敏凝血酶適體傳感器的研究利用納米鉑(PtNPs)、過氧化氫酶標記凝血酶適體，通過其對過氧化氫的催化作用，構建信號放大的新型電流型凝血酶傳感器。本研究采用雙適體夾心分析模式，以及酶標記催化放大手段。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，為凝血酶適體Ⅰ(TBA Ⅰ)的巰基自組裝提高固定量，改善檢測的靈敏度。結合凝血酶后，將制成的含有酶標生物素-親和素(HRP-Biotin,HRP-Adivin)、納米鉑、凝血酶適體Ⅱ復合納米粒子，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上標記的PtNPs-HRP復合物共同作用于底物，從而產(chǎn)生催化放大電流信號。所采用的功能化適體Ⅱ，利用PtNPs結合5'末端