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腺苷、蛋白质等是组成和维系生命活动的重要物质,对这类物质的分析检测意义尤为重大。在众多生物传感检测方法中,基于分子电学性质的电化学生物传感技术以其灵敏、快速、成本低廉、检测装置轻便、低能耗且易于微型化和集成化等特点,具有独特的优越性。基于核酸适体的高选择性、高特异性及纳米材料的放大作用等高新研究成果,本文完成以下四项研究工作,简述如下:
1.基于腺苷核酸适体对目标物的强亲合力和高识别性,研制了一种高灵敏度检测腺苷的可再生型电化学传感器
【第2章】。通过戊二醛的交联作用将端部修饰氨基的核酸适体固定在邻苯二胺聚合膜修饰的金电极上。由于腺苷与核酸适体的特异性结合,传感界面的复合物发生构型转变,从而引起电流的下降,并用循环伏安和交流阻抗图谱考察了这一反应过程。交流循环伏安的电流值与腺苷浓度密切相关,峰电流下降的幅度与腺苷的浓度成正比。电极在80°C的水浴中可再生。在优化条件下,本腺苷传感器有良好的线性关系和电化学响应性能,从而实现了对腺苷的高灵敏度检测和特异性识别。
2.将人IgE及特殊设计的含有标准核酸适体片段的发卡型结构寡核苷酸链分别作为被测物及探针序列,设计一种基于核酸适体的电化学传感器,用以检测蛋白质
【第3章】。当IgE不存在时,固定在电极表面的核酸适体由于两侧互补序列的杂交形成巨大的发卡型结构,溶液中氧化还原物质的电子转移形成峰电流。然而,目标蛋白质的结合不仅能够提高分子层的绝缘性,还能引发核酸适体巨大的构型转变,由于原本设计的发卡型结构打开,推动了生物分子层/电解液界面远离电极表面,抑制电子自由转移(eT),从而产生了较强的检测信号。该核酸适体传感系统具有高灵敏度、选择性,无需放大即可表现出较宽的响应范围。本文所设计的表面限定的核酸适体序列具有极好的适应性,克服传统电化学核酸适体传感器的诸多局限性。
3.以人IgG作为目标物,提出一种基于二茂铁标记和邻苯二胺聚合膜/纳米金颗粒放大共同作用的高灵敏度的电化学免疫检测方法,用以检测免疫物质
【第4章】。金电极先由邻苯二胺电聚合膜修饰,为传感界面的构建提供稳定而致密的基底以及充裕的氨基。使用戊二醛作交联剂将胱胺连接到经修饰的电极上,继而可组装纳米金单分子。大量的抗体能够通过氨基-金之间的亲和力组装到纳米金颗粒表面并保持较高的免疫反应活性。在引入被测物之后,二茂铁标记的抗体能通过抗体-抗原之间特异性反应固定到传感界面,从而产生氧化还原电流信号。峰电流与被测物的量成正比。实验条件经优化后,该传感器呈现出良好的线性关系。此外,该传感器重现性好,灵敏度高,性能稳定,再生性强。
4.使用聚碳酸酯(PC)膜作为空间阻隔物和疏导物,在玻碳电极上得到电沉积的针状金纳米簇,用于构建电化学免疫传感器
【第5章】。由于三维形态结构超大的表面积,该纳米材料可有效地固定生物分子。以人IgG作为目标分析物,采用三明治夹心法形成IgG抗体/IgG/ HRP标记抗体的三明治复合结构,通过酶催化底物产生的还原电流的大小可确定IgG的含量。电沉积的金纳米簇性能稳定、生物适应性良好、接触表面积巨大,电子交换能力强。该传感器响应迅速、检测下限低、线性范围宽、再生容易。