基于适体的无标记生物传感器的研究

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蛋白质是一种构成生命体的基本物质,蛋白质的测定对生物、医药等领域的研究具有非常重要的意义。适体是一类核酸分子,他们能与特定的分子绑定。与抗体相比,适体的稳定性更高,并且易于修饰到电极上,成为了理想的蛋白质识别物质,广泛应用于活体鉴定和疾病诊断。基于适体对生物分子进行识别的适体传感器,其灵敏度受信号传递物质影响。溶菌酶分子量大约为14.4kDa,含有129个氨基酸残基,等电点为11.0。通过催化肽聚糖中N-乙酰氨基葡萄糖残基间和N-乙酰胞壁酸,以及促使壳糊精中N-乙酰葡糖胺残基间的1,4-β链的水解,从而破坏细菌的细胞壁。溶菌酶广泛分布于人体中,例如细胞分泌液,唾液、眼泪以及其他一些体液中都含有不同浓度的溶菌酶。溶菌酶具有较强的抗菌性,因此在食品行业及医药卫生行业被广泛使用。在各种蛋白质中,溶菌酶分子相对比较小,结构也较为简单,因此在检测蛋白质的适体传感器的研究中,其常被当做标准目标检测物。腺苷(Adenosine)是核苷的一种,由腺嘌呤和核糖(呋喃核糖)的一部分组成。三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)由腺苷和三个磷酸基组成,化学式C10H16N5O13P3,ATP的化学名称为5-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基-6-氨基嘌呤,分子量507.18,其在生物化学上扮演着重要角色,例如以腺苷三磷酸(ATP)或腺苷双磷酸(ADP)形式进行转移能量。日本科学家饭岛澄男于1991年发现碳纳米管。根据M.Endo等人的定义,如果石墨六角网平面(石墨烯片)卷成无缝筒状时形成无缺陷的“单层”管状物质亦或是将其包覆在内,层层套叠而成的“多层”管状物质,此二种管状物质即为碳纳米管。本文将适体和层层自组装技术相融合,用于制备溶菌酶及三磷酸腺苷传感器。研究思路为:(1)利用适体高效的识别性,作为蛋白质的识别元件,制备出具有较高灵敏度、稳定性和重现性的蛋白质传感器,用于定量检测溶菌酶、三磷酸腺苷;(2)以亚甲基蓝、道诺霉素及三价钌离子为电信号物质,利用它们在适体上吸附的特性,研制非标记型蛋白质传感器。本文主要研究内容包括以下三个部分:1基于适体的无标记溶菌酶电化学传感器在玻碳电极表面电沉积金纳米颗粒,通过金硫键将带巯基的适体DNA链固定到电极上,用6-巯基-1-己醇封闭,成功制备了基于溶菌酶适体的信号减弱型电化学传感器。采用扫描电子显微镜表征金纳米颗粒修饰电极;以交流阻抗、循环伏安法等手段研究了传感器的电化学特性。以微分脉冲伏安法(DPV)作为检测方法,传感器DPV电流信号随着溶菌酶浓度增加而减少。该传感器测定溶菌酶的浓度线性范围为0.1~100nM,最低检测限为0.01nM(3倍信噪比),相关系数为0.9876。对诸如葡萄糖氧化酶等蛋白质有较好的抗干扰能力。2基于适体竞争机理的溶菌酶电化学传感器成功制备了基于溶菌酶适体竞争机理的信号减弱型电化学传感器。在玻碳电极上修饰羧基化的多壁碳纳米管,将带有氨基的互补适体DNA连接到多壁碳纳米管上。由于道诺霉素崁入电极上的互补DNA,而产生电化学信号。当有目标物时,适体与结合力更高的溶菌酶结合,原本的互补链解链,导致插入双链的道诺霉素脱落,电化学信号减弱。以微分脉冲伏安法(DPV)测定溶菌酶,响应的范围为1~500nM,相关系数0.9995,检测下限为0.5nM (3倍信噪比)。3基于适体的无标记三磷酸腺苷电化学检测器在金盘电极表面修饰带巯基的双链DNA,用6-巯基己醇封闭未结合DNA的活性位点。然后通过DNA杂交使适体DNA链链接到金盘电极表面。以交流阻抗、循环伏安法等手段研究了修饰了适体的电极的电化学特性。传感器的示差脉冲伏安峰电流随着三磷酸腺苷浓度增加而增强。该传感器测定三磷酸腺苷的浓度范围为20~500nM,检测限为5nM (3倍信噪比),相关系数为0.9737。
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