利用光电化学传感器检测糖类及其与蛋白的相互作用

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电化学传感器和光致电化学传感器是生物分析领域常用的两种检测方法,具有检测灵敏度高、选择性好、稳定性高等优点。同时在检测过程中使用到的仪器也具有价格低廉、设备简单、操作简便等优势。本课题依据糖的识别作用与酶的催化作用,利用电化学方法和光致电化学方法对糖类及其与蛋白的相互作用进行了检测。(1)为了检测糖与受体的相互作用,实验首先以氨基甘露糖-伴刀豆凝集素A(ConA)为模型,利用电化学方法研究糖与凝集素的相互作用。首先利用电化学聚合的方法在玻碳电极表面形成吲哚聚合物膜,构建电化学传感界面。经过共价键合作用,将氨基单糖固定在上述界面,建立特异性识别凝集素的电化学生物传感器。通过比较加入凝集素前后电流的变化值(I)实现对凝集素的定量检测。电流强度随着凝集素浓度的增加逐渐减小,在实验最优条件下,实现了对凝集素的灵敏检测,伴刀豆凝集素A溶液的浓度在2.0×10-8mol L-1~8.0×10-7mol L-1范围内呈现良好的线性关系(R2=0.9974),线性方程: I (μA)=0.172CCon A+4.503(10-8mol L-1),伴刀豆凝集素A的检测限为1.03×10-8mol L-1(3σ)。该方法具有较好的选择性和较高的灵敏度,对凝集素的检测结果也比较理想,后续可利用该方法应用于研究糖类抗原与相关肿瘤标志物的检测中,为临床检测提供理论依据。(2)该体系设计了一种新型的光致电生物传感器,利用低毒性的硫化银量子点作为光电活性材料,从而代替了传统的高毒性的PbS、CdSe、CdS等量子点。实验过程中对硫化银量子点的合成过程进行了详细讨论,并将该量子点应用于葡萄糖的检测,采用层层组装技术将硫化银量子点组装到ITO-SnO2电极上,得到光敏性薄膜,再通过EDC/NHS将带有羧基的硫化银量子点和带有氨基的葡萄糖氧化酶组装到光敏性薄膜上。检测过程中葡萄糖氧化酶对电解液中的葡萄糖有催化作用,消耗溶液中的溶解氧,导致光电流降低,实现了对葡萄糖的检测。在最佳实验条件下,光电流信号对0.1mmol L-1~12.2mmol L-1浓度的葡萄糖呈现良好的线性关系(R2=0.9976),线性方程: I (nA)=29.305Cglucose+5.006(10-3mol L-1),葡萄糖的检测限为3.24×10-5mol L-1(3σ)。(3)为了进一步证实该低毒的硫化银量子点在生物样品中的应用潜力,实验设计将硫化银量子点用于人类乳腺癌细胞(MCF-7)的检测中,所设计传感器具有较高的灵敏性和选择性。首先将硫化银量子点组装到ITO-SnO2电极上,得到光敏性薄膜。再利用EDC/NHS将带有羧基的硫化银量子点和带有氨基的3-氨基苯硼酸反应,将3-氨基苯硼酸组装到光敏性薄膜上。由于癌细胞表面唾液酸的过量表达,硼酸基与唾液酸识别后,将癌细胞固定到电极表面,通过细胞对电子传递的阻碍作用,会导致光电流降低,实现对癌细胞检测目的。最佳实验条件下,光电流信号在300cells·mL-1~2000cells·mL-1成良好的线性关系(R2=0.9945),线性方程: I (nA)=0.277Ccell+4.534,MCF-7细胞的检测限为98cells·mL-1(3σ)。
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