碳基纳米界面的构建及其生物传感应用研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:whl98122368
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电化学生物传感器是一种将具有特殊识别能力的生物分子构成感受器,结合可记录电信号的换能器,形成的一类分析检测敏感元件,广泛应用于医疗诊断、食品安全、环境保护、过程控制和生命科学发现研究等领域。实现靶标分子与生物探针分子的有效相互识别是成功构建电化学生物传感器的关键,因此构建具有高效识别能力的生物传感界面对于传感反应的进行及信号的获取至关重要。许多生物纳米材料及无机纳米材料因其特殊的结构和性质成为构建传感界面的首选材料。通过有效的界面构建调控生物分子识别,可以提升电化学生物传感器的检测灵敏度,信噪比,稳定性等性能。因此,为了提高电化学生物传感器的传感性能及在POC领域的应用研究,我们将从以下几部分内容进行阐述。(1)DNA框架核酸构建的碳基纳米界面与SARS-Co V-2基因检测。DNA四面体框架核酸作为一种生物纳米材料,由于其独特的刚性结构和稳定性,成为近年来构建电化学传感界面的首选材料。碳基传感界面的表面粗糙,部分区域甚至存在缺陷,严重影响核酸分子在其表面的有效识别,进而影响此类核酸生物传感器的检测性能。为了弥补上述缺陷,我们构建了DNA四面体框架核酸碳基纳米界面并对其传感机制进行了研究,DNA四面体框架核酸作为碳基电极界面的捕获层,不仅可以有效避免单链探针在界面上的缠绕,提高生物分子的识别能力,而且可以避免蛋白分子在碳基界面上的吸附,降低背景信号,提高传感信噪比。同时,结合双信号探针的信号放大策略,实现了SARS-Co V-2核酸的高灵敏度检测和变异病毒的有效区分。(2)MWCNTs构建的碳基纳米界面用于SARS-Co V-2蛋白检测碳纳米管这种无机纳米材料,是分子尺度的纳米线,具有机械、化学、电学和生物学等方面的优异性能,广泛应用于生物传感研究。我们构建了MWCNTs碳基纳米传感界面并对其传感机制进行了研究。MWCNTs具有高的比表面积,在组装具有识别功能的蛋白分子时,作为分子支架,可以提供更多的结合位点。同时,MWCNTs可以提高碳基界面的导电性,加快生物传感过程中电极界面的电子转移速率。实现了SARS-Co V-2的抗原和抗体的高灵敏度检测,检测灵敏度可以达到f M级别。该免疫传感器的碳基界面经MWCNTs修饰后,在传感信噪比和稳定性方面都有明显提高。(3)Au NFs构建的碳基纳米界面与POC电化学免疫传感检测碳基界面的电化学生物传感器因其价格低廉,易于结构设计,集成等特点,已经应用于POC快速传感检测领域的研究。我们在碳基界面上电沉积了金纳米花,这种纳米结构具有良好的导电性,高的比表面及生物相容性,利于蛋白分子在其表面的组装及生物识别,可以有效弥补碳基界面的表面缺陷。基于此,我们构建了金纳米花修饰的碳基纳米界面,结合免疫层析技术,集成了电化学免疫层析传感芯片。这种传感芯片具有反应时间短、成本低和可移植性强的优点,以检测前列腺特异性抗原PSA为例,不仅可以区分健康人群和前列腺癌患者,而且可以在25 min内完成检测。在多场景POCT领域具有非常高的潜在应用价值。
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