石墨烯—适体化学修饰电极应用于生物分子探测

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抗体通常作为捕获探针广泛应用于传统的生物分子研究技术中,但是这种方法往往由于抗体的制备步骤繁琐、稳定性差等缺点而受到制约。与之相比,适体能够高效、特异性结合各种生物分子,还具有易合成、易修饰、性质稳定等优点,近几年,基于适体的电化学生物传感器在生物分析领域备受关注。石墨烯作为一种新型纳米材料,以其独特的物理化学性能和二维纳米特性,在适体传感领域有不可限量的应用前景。  本论文以电化学方法为基础,结合石墨烯和适体的优良性能,发展了三种石墨烯功能化的电化学适体传感器。主要内容及结果如下:  1.将氧化石墨烯(GO)固定在玻碳电极(GCE)表面,然后利用还原反应获得石墨烯(GR)修饰电极,进一步对GO电极和GR电极进行拉曼光谱、红外光谱、透射电镜及电化学表征。通过D带和G带强度之比的变化、电极表面官能团和形貌的变化及电极还原前后电流密度的变化发现,电极表面的GO被较好地还原为GR且制备的GR电极导电性能极好。  2.GR修饰电极通过π-π堆积作用和碳二亚胺反应结合适体探针,以pI为11.35的溶菌酶和pI为7.4的凝血酶为目标蛋白,制备了两种无标记的适体传感器,首次将GR应用于电化学适体传感领域。在最优条件下,两种适体传感器均具有检测限低(对溶菌酶检测限为6 fmol·L-1;对凝血酶检测限为0.45 fmol·L-1)、特异性好等优点。  3.利用电化学阻抗谱(EIS)技术研究了GR在适体传感器中的作用,结果表明GR极大提高了适体传感器的灵敏度。实验还选用[Fe(CN)6/K4Fe(CN)]3-/4-和Ru(NH3)63+两种氧化还原电对,考察电荷分布及涂层厚度对溶菌酶适体传感器的影响,结果发现涂层厚度在传感界面电荷传递中起决定作用。  4.与石墨烯修饰电极相比,羧基化石墨烯修饰电极虽然导电性差,但是其表面含有较多的羧基,易于发生酰胺反应结合末端用-NH2修饰的适体。因此,尝试以羧基化石墨烯作为固定适体的载体,并以氯化血红素适体作为捕获探针,以方波伏安法(SWV)作为检测手段,构建了一种新型的氯化血红素传感平台。此研究在实现氯化血红素低浓度检测(检测限为0.64 nmol·L-1)的同时,说明石墨烯功能化的适体传感器不仅可以检测pI不同的蛋白,还适用于其它生物分子的检测。
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