【摘 要】
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生物传感器作为一种新型的功能器件,广泛应用于生物标志物的检测中,具有很好的发展前景。而随着生物电子技术的进一步发展,制备出生物相容性好,机械性能稳定,可降解的生物传感器更是成为了重要的发展方向。丝素蛋白作为一种天然高分子,由于其良好的生物相容性,生物降解性,组织亲和性和丰富的修饰位点等,且可以被加工成薄膜、支架、水凝胶、纤维和微球等多种形态,在工程领域已经得到了广泛的应用。然而目前关于丝素水凝胶在
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生物传感器作为一种新型的功能器件,广泛应用于生物标志物的检测中,具有很好的发展前景。而随着生物电子技术的进一步发展,制备出生物相容性好,机械性能稳定,可降解的生物传感器更是成为了重要的发展方向。丝素蛋白作为一种天然高分子,由于其良好的生物相容性,生物降解性,组织亲和性和丰富的修饰位点等,且可以被加工成薄膜、支架、水凝胶、纤维和微球等多种形态,在工程领域已经得到了广泛的应用。然而目前关于丝素水凝胶在生物传感中的研究还比较少,缺乏相关的理论和实验探究。因此,利用丝素水凝胶制备出高效的生物传感器具备重要意义。本论文分别利用了两种不同的交联方式获取丝素水凝胶,探究了丝素水凝胶在生物传感中的应用方案。基于金纳米簇的荧光传感模型,研究了物理交联的丝素水凝胶对金纳米簇的稳定作用,建立了金纳米簇-丝素水凝胶的荧光强度与过氧化氢浓度之间的定量关系。同时,基于石墨烯场效应管(GFET)的传感特点,采取丝素水凝胶封装GFET的策略获得了H-GFET。探究了该封装策略对GFET传感特性的影响,建立了H-GFET的电学响应信号与葡萄糖浓度的数学关系模型。本论文的主要研究成果如下:(1)通过双溶剂诱导构象法制备了金纳米簇-丝素水凝胶,考察了溶剂比例对凝胶化进程的影响,研究结果表明当水溶液和HFIP的体积比为1:1时,可以获得稳定的水凝胶结构,金纳米簇能够均匀的分布在水凝胶基体中。丝素水凝胶作为金纳米簇的载体,可以有效的保留金纳米簇的荧光特性和催化特性,因此金纳米簇-丝素水凝胶可以通过荧光猝灭特异性响应过氧化氢。我们利用荧光分光光度计定量表征荧光变化,结果表明金纳米簇-丝素水凝胶在100μM-100m M的过氧化氢浓度范围内具有规律性的荧光猝灭响应,荧光强度随着过氧化氢浓度的升高而降低,其检测限达到72μM。同时,将金纳米簇-丝素水凝胶的降解缓冲液和金纳米簇水溶液分别与L929细胞共培养,结果表明金纳米簇水溶液会抑制细胞的增殖,具有一定的细胞毒性,而金纳米簇-丝素水凝胶则能够促进细胞的增殖,具有更好的生物相容性。(2)通过辣根过氧化氢酶交联法制备了丝素水凝胶,并且通过丝素水凝胶封装GFET的策略实现了葡萄糖氧化酶的固定,用于检测生理溶液中的葡萄糖。利用电学测试平台记录H-GFET的电学信号变化,结果表明H-GFET在1μM-10m M的葡萄糖浓度范围内具有规律性的电流响应,其检测限达到200 n M。同时,通过对比未经封装的GFET和H-GFET的电学性能,结果表明丝素水凝胶的封装策略既可以提高GFET检测复杂生理溶液的鲁棒性,也可以有效的维持葡萄糖氧化酶的活性。此外,由于丝素水凝胶固定生物探针的方式不会对石墨烯产生不可逆转的损坏,因此H-GFET能够循环利用,在10次循环使用后仍能保持一致的传感响应,最大测量偏差小于4.9%。
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