随着分析科学的不断发展,生命科学领域中的各种分析和检测过程,越来越多地要借助于生物传感技术获取所需的信息。经过40多年的不断发展,随着现代测量技术、分子生物学、生物电子学和仿生学的迅猛发展及相互结合,生物传感技术在基础研究、应用研究、新产品开发和商品化等方面都取得了长足进展。各种新型生物传感器不断涌现,仪器性能不断提高,目前报道的生物传感器已有几百种,在医疗保健、食品卫生、环境监测、国防与安全等方面已逐步推广应用。本研究论文针对当前传感技术发展中的一些瓶颈问题,重点关注如何提高传感器信号等问题。结合压电免疫传感分析技术简便、快速、可实时输出数据的特点及电化学传感技术的灵敏度高的优点,利用纳米材料的优越性能及酶催化信号放大技术发展了几种新型的生物传感器,对黄曲霉毒素B1、人IgG、α-地贫突变基因、模拟DNA序列进行了定量测定,所得结果对比传统方法,在检测的灵敏度、线性范围方面都有所提高,并验证了技术的实用性。压电免疫传感器是结合了压电效应的高灵敏性和免疫反应的高特异性的一种生物传感器,具有简便、快速、灵敏、成本低、响应谱广、可实时数据输出等优点,在生物技术、临床诊断、环境监测、食品工业、医药和军事等领域具有广泛的应用前景。我们利用酶和纳米材料在生物传感器中的应用,结合有效的生物活性组分的固定方法,采用信号放大技术提高分析信号、降低检测下限,提出了三种新型的压电免疫传感器。同时,尝试用石英晶体微天平作为敏感元件,在其表面固定具有发夹结构的DNA探针,用于识别并结合目标DNA序列产生相应的信号构建一种简单有效的DNA检测方法。还提出了一种新的电化学检测DNA的方法,以二茂铁标记的寡核苷酸构建了一种简单通用的信号打开型的分子开关,实现了对DNA序列的无试剂检测。主要内容如下:(1)研制了一种简单、快速、灵敏的压电免疫传感器,用于黄曲霉毒素B1的检测。黄曲霉毒素B1是一种小分子物质,很难用压电法直接检测,本文采用间接竞争免疫法。纳米金标记羊抗鼠IgG抗体用于放大响应信号。在0.10～100 ng mL?1的范围内,该传感器的响应信号与AFB1浓度的对数呈现良好的线性关系。该传感器可以检测到AFB1的最低浓度为0.01 ng mL?1,定量能力与经典酶联免疫吸附法(ELISA)相接近。该传感器界面可用甘氨酸缓冲液可顺利再生,并可重复使用至少9次而其响应信号没有明显降低(第二章)。(2)发展了一种基于间接竞争免疫反应和酶催化沉积放大的黄曲霉毒素B1压电检测方法。先在石英晶振表面包被一层3-巯基丙酸自组装膜,再共价结合BSA-AFB1偶联抗原,接着待测物AFB1与BSA-AFB1偶联抗原竞争结合鼠抗AFB1抗体,然后结合辣根过氧化物酶(HRP)标记的羊抗鼠IgG抗体。在H2O2存在时,HRP酶催化氧化4-氯-1-萘酚生成不溶物4-氯-1-萘醌沉积在电极表面,引起显著的质量变化,从而导致明显的频率响应。该传感器可获得黄曲霉毒素B1的浓度检测范围为0.01～10 ng mL?1。通过对模拟样品的分析结果表明,该传感器能够有效地检测牛奶样品中AFB1的含量,可望用于实际样品检测(第三章)。(3)提出了一种简便的基于SiO2纳米颗粒免疫凝集反应的压电传感器对人IgG的直接检测方法。待测物人IgG会同时被晶振表面固定的羊抗人IgG抗体和检测体系中SiO2标记的羊抗人IgG抗体识别,引起检测体系中的SiO2在传感界面上特异性凝集,从而引起晶振表面的巨大质量变化和检测介质密度和粘度变化。实验结果表明,该方法修饰的探针不仅能充分地减少背景干扰,而且能显著地放大响应信号。实验中,采用扫描电镜(SEM)考察了探针表面在发生免疫凝集反应前后的形貌变化。此外,还考察了免疫凝集促进剂PEG及离子强度控制剂NaCl的使用对实验的影响。该传感器的频率变化与人IgG浓度为正相关关系,其检测下限为0.084μg mL-1(第四章)。(4)尝试用石英晶体微天平作为敏感元件,在其表面固定具有发夹结构的DNA探针,用于识别并结合目标DNA序列产生相应的信号构建一种简单有效的DNA检测方法。其特点在于结合使用限制性核酸内切酶ECoR I及纳米金标记的检测探针,能够很好的降低背景值并有效增强信号。方案如下:先在石英晶振表面通过巯基自组装固定一段具有发夹结构的DNA探针,其发夹部分能够被内切酶ECoR I特异性识别并切割。再用巯基己醇封闭,然后与目标DNA作用。如果待测体系中含有目标DNA,则DNA探针的发夹结构打开且随后的内切酶对其没有作用,并可以结合纳米金标记的检测探针而使信号放大。否则,在没有目标DNA时,发夹结构的DNA探针可被酶切,与纳米金标记的检测探针作用也不能产生任何信号。实验结果表明,此方法是一种简单实用、灵敏度高的适应于DNA分析检测的技术(第五章)。(5)在本工作中,我们提出了一种新的电化学检测DNA的方法,以二茂铁标记的寡核苷酸构建了一种简单通用的信号打开型的分子开关,实现了对DNA序列的无试剂检测。这一方法实际应用于基因突变导致α-地贫的分析检测中,用于检测染色体末端142编码子(Hb Constant Spring codon 142)单碱基突变(TAA→CAA)的存在,取得了较好的实验结果。目标DNA浓度在0.01到100 pM之间与电流信号具有较好的线性关系(R2=0.9777),该方法检测限为0.01 pM。该DNA传感器在1 M NaOH溶液中可顺利实现再生。所有这些表明,此方法是一种简单快速而且比较灵敏的适用于单碱基突变检测的技术,具有较强的通用性(第六章)。