基于丝网印刷电极的纳米增敏型电化学适体生物传感器研究

摘要

核酸适配体因其合成方法简单、能长时间保存、对温度弱敏感性、便于保存等优点逐渐成为一种新型的分子识别工具。蛋白质作为人体内六大基本营养物质之一，在生命体的各项活动中起着重要作用。定量分析是研究蛋白质的基础，特别是对蛋白质的结构和作用研究、疾病的诊断以及药品、转基因的产品及临床的分析有深远的意义。随着技术迅猛发展，生命科学的迅速发展对蛋白质的检测提出了新的要求，当前的传感器技术发展还不成熟不能完全满足这些需求。因此，许多研发人员为研发出更灵敏、更快速、更准确、更简便的蛋白质检测技术努力着。电化学检测技术具备良好的选择性、检测时间短、测试费用低、灵敏度高等优点，被广泛应用于核酸适体生物传感器的检测。
　　本文的目的通过利用量子点优异的电化学性能、印刷电极的便利性、金纳米颗粒和石墨良好的导电性，研究基于适配体和凝血酶高度专一的生物识别，石墨和DNA、六氨合钌(Ⅲ)阳离子的静电吸附作用，应用于蛋白质的检测。论文的具体研究思路如下:
　　(1)基于量子点包裹的硅纳米颗粒和金纳米颗粒沉积的金印刷电极的新型灵敏的电化学生物传感器。通过循环伏安法和阻抗法研究了电极表面电子传递行为以及对金属镉离子的催化氧化行为。实验结果表明沉积了金纳米颗粒印刷金电极与裸印刷金电极比，电流信号明显增强，成功实现了第一次信号放大。而锑化镉量子点修饰前后阻抗明显增大实现了第二次的信号放大。这两次的信号放大使得该传感器的灵敏度明显高于同类检测器，检测限低于同类型检测器。同时它还具有稳定性好，选择性好，重现性好等优点。而印刷电极的选用使得它在可以满足携带方便，可批量化生产，低成本等现实应用所需的要求。
　　(2)基于核酸适配体构型转变机制和放大信号纳米粒子技术，设计了一个高灵敏检凝血酶的电化学生物传感器。通过交流阻抗法对每一步电极修饰前后进行了表征，确保传感界面的成功组装。使用六氨合钌[Ru(NH3)6]3+为电化学探针，借助石墨（Graphene）的信号放大功能，通过检测电极表面吸附的[Ru(NH3)6]3+的还原量，实现对凝血酶的分析。实验设计的电化学适体生物传感器的线性范围为2.0×10-8-1.0×10-7 ng·mL-1，检出限0.1×10-9ng·mL-1。本实验证明传感器表现出高灵敏度和选择性好两大特点，同时还证明了其用于实样检测的可靠性。实验结果表明石墨对氧化还原电流放大起到重要作用也是传感器得以顺利检测较低浓度凝血酶的关键。
　　(3)以多壁碳纳米管(WCNTs)和亚甲基蓝(MB)为原料，通过反应合成了一种新型Me-WCNTs复合纳米材料，用于电极表面改性，成功设计出一种新型免于标记（label free）生物传感器。研究了扫速改变对电极的影响。该传感器能检测的凝血酶响应的线性范围为1.0×10-9-1.0×10-7ng·mL-1，最小检测出限为1.0×10-9 ng·mL-1(S/N=3)。此外该传感器也表现出稳定性好、重现性好和抗干扰能力强等优点。因其选材独特、制备方法容易，检测限低等优点，为传感器技术了的发展提供新的思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 适体和传感器的概况

1．1．1 适体的产生及优点

1．1．2 探针适体链的固定方法

1．1．3 电化学适配体生物传感器的原理及其分类

1．1．4 核酸适体电化学传感器的研究现状及前景

1．2 印刷电极概述

1．2．1 引言

1．2．2 印刷电极简介

1．2．3 印刷电极的分类

1．2．4 印刷电极的制备

1．2．5 丝网印刷电化学传感器的应用

1．2．6 印刷电极生物传感器的应用前

1．3 本论文研究目的与主要的内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 主要研究内容

2 基于量子点的硅纳米颗粒和金印刷电极高灵敏核酸适体传感器

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 锑化镉量子点包裹的硅纳米材料及生物偶联适体制备

2．2．4 传感器的制备

2．2．5 溶出伏安法测量

2．3 结果与讨论

2．3．1 核酸适体生物传感器的设计思路

2．3．2 SPGE和AuNPs／SPGE的电化学表征

2．3．3 电化学阻抗法对电极的表征

2．3．4 凝血酶的电化学检测

2．3．5 选择性

2．3．6 生物传感器的实际应用

2．4 小结

3 基于石墨／纳米金修饰印刷电极的高灵敏适体传感器

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 样品前处理及溶液的配置

3．2．4 传感器的制备

3．3．2 AuNPs／SPE和AuNPs／GO／SPE的循环伏安法电化学表征

3．3．3 电化学阻抗法对电极的表征

3．3．4 [Ru(NH3)6]3+／GS／TBA／thrombin／MCH／TBA／AuNPs／GO／SPE的循环伏安法电化学表征

3．3．5 凝血酶的电化学检测

3．4 小结

4 基于亚甲基蓝探针的检测凝血酶高灵敏核酸适体传感器

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂和材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 亚甲基蓝包裹的多壁碳纳米管的制备(Me／WCNTs)

4．2．4 电极表面的组装过程

4．2．5 电化学测量

4．3 结果及讨论

4．3．1 传感器的设计思路

4．3．2 MB-WCNTS／SPE和MB／SPE的电化学表征

4．3．3 MB-WCNTs／SPE的稳定性

4．3．4 扫速

4．3．5 MB-WCNTs探针修饰的电极的电化学表征

4．3．6 电化学方法检测凝血酶

4．3．7 生物传感器的选择性研究

4．4．小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的学术成果

致谢