多肽是由多种氨基酸通过酰胺键相连形成的特殊生物大分子。所有的氨基酸都具有相似的结构和不同的“R”侧基。这些“R”基团的物理化学性质往往各不相同,譬如有的带有正电荷,有的带有负电荷,有的容易在水介质中电离,有的非常疏水,有的侧链体积庞大,分子振动模式多样,而最简单的侧链只是一个氢原子。这样巨大的差异性决定了多肽结构及其功能具有其它任何生物大分子,比如核酸和多糖以及磷脂,都无可比拟的多样性。因此,具有不同R基团的氨基酸通过排列组合就能产生多种功能型多肽,这些功能肽在电化学生物传感领域具有很好的应用潜力。多肽的优点是合成方法简单、易于被化学修饰、在储存过程中具有良好的稳定性,不易被降解以及易于与其他方法或技术结合。因此,近年来多肽材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。多肽自组装作为自然界普遍存在的分子自组装现象之一,其自组装行为的研究对理解生命现象、仿生制备、构建功能材料以及解决疑难疾病等都具有十分重要的意义。通过合理调控多肽分子结构以及给予合适的外界的刺激,多肽分子可以通过多重非共价键作用自发或触发地组装形成特异形态和功能的组装体。电化学生物传感器是使用电极作为信号转换器使用生物物质作为敏感元件、使用电压或电流作为检测信号的一种生物传感方式。电化学生物传感器可以通过控制电极电势来提高传感器的选择性。另外,电化学生物传感可以将表面材料的化学反应的选择性和测量方法的高灵敏度结合起来。因此,我们可以认为电化学传感器是将选择性测定、富集和分离结合为一体的理想系统,在提高灵敏度和选择性方面具有独特的优势。该方法具有灵敏度高、背景信号低、响应速度快、设备操作简便等优点。因此,它在生物学分析、化学传感和环境检测等领域引起了广泛的关注和应用。本文研究目的:本文利用多肽纳米软材料为靶向探针,通过多肽探针对疾病标记物进行捕获形成牢固、可靠的传感表面。利用多肽与疾病标记物的特异性结合,使得整个传感系统能够排除外来杂质的干扰并且能够形成有效的信号放大系统以实现定量检测疾病标志物的浓度。主要做了以下两个方面的研究工作:(1)基于界面肽纳米探针诱导血小板分泌Aβ的非侵入性式早期诊断阿尔茨海默氏病。随着老龄化社会的到来,阿尔茨海默氏病日益成为当今社会越来越沉重的公共卫生负担。应对阿尔茨海默氏病的难点在于不能及早发现,因为这种病在医学影像学上呈现出明显器质性病变之前,早已经过了长达10年的分子病理过程。因此我们针对这一不易在临床上有效检出的分子病理过程,设计了非侵入式的早期诊断手段。即通过检测外周血中血小板所含有的阿尔茨海默氏病Aβ多肽,来预测中枢神经阿尔茨海默氏病的可能进展情况。在生物传感的原理方面,我们用Aβ的靶向多肽探针设计了传感界面,当血小板接触传感界面,便会分泌Aβ跟靶向肽结合。二者可以在电化学控制下发生特异性共价接触。从形成探针-Aβ-多聚酪氨酸共价生物传感超分子。这种超分子再经过电化学特异性氧化裂解,即可产生灵敏的信号放大输出。结论:通过设计一种血小板介导的、Aβ架构的肽探针,可以在一定程度上模拟神经退行性病理过程的仿生传感系统,建立起一种通过评估外周血小板来判断神经退行性潜力的方法,可以在某种程度上反映中枢神经系统中实际的神经退行性的程度和过程。(2)基于电化学交联和裂解的生物传感表面分子缺口和桥联检测新策略。先进绝大多数生物传感研究工作的实际临床应用都受到一个瓶颈的制约,那就是它们采用的特异性靶向分子探针都只能够与其靶标物质发生非共价的分子识别。除了抗原-抗体这类特殊的非共价分子识别之外,大多数人工设计和开发的非共价分子识别,都无法抵御哪怕是温和去垢剂的漂洗。这样造成的结果就是,不管这些生物传感研究工作在原理和体系上设计得多么精妙,他们在临床实践中的应用价值都值得怀疑:众所周知,临床样本中含有各式各样、难以预测的干扰物质,这些干扰物质必须借助强烈去垢剂漂洗才能够去除,否则检测根本无法定量、准确地进行。但这样的强去垢剂在绝大多数情况下都会即刻破坏人工设计的分子探针与其靶标标志物形成的非共价复合物。为了跨过这道门槛,我们依托“识别诱导的共价捕获和标记”新策略,成功设计出可以抵抗强烈去垢剂洗脱,从而真正具有临床实用价值的多肽电化学检测新方法。在具体的传感器设计上,使用Cu离子作为催化剂,从末端氧化去除N端游离的氨基。利用肽探针和靶蛋白的大小和尺寸进行设计传感方案。将针对蛋白质的靶向探针和信号探针共同固定在传感界面上。靶向探针包含酪氨酸部分,以促进识别诱导与靶标的共价偶联。信号探针包含N末端可裂解氨基酸、Cu离子结合基序和酪氨酸部分可与靶标交联蛋白。因为两个固定的探针之间的平均距离可以抑制两个固定探针之间的直接交联,所以可以调节两个探针之间的比率及其表面密度。在铜离子催化的电化学交叉切割和裂解后,靶蛋白附近的信号探针可以转移到靶标,而信号探针的其他探针可以通过铜离子诱导的N端氨基酸的裂解而从传感界面上裂解。结论:形成的共价探针-蛋白质-探针复合物能够很好地抵抗去污剂的漂洗,从而在复杂样品中实现优异的生物传感。