氣味結(jié)合蛋白生物傳感器研究.pdf

1、生物的嗅覺系統(tǒng)能夠靈敏、特異地檢測和識別復(fù)雜環(huán)境中痕量的氣味分子，是一種性能優(yōu)越的化學感受和檢測系統(tǒng)。在生物嗅覺的啟發(fā)下，研究者們一直致力于在體外模仿生物體的嗅覺感知能力，以期實現(xiàn)構(gòu)建高靈敏、高特異性的嗅覺生物傳感器，拓展其在環(huán)境監(jiān)測、食品檢測，及疾病診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展。但是，目前常用的生物敏感材料（嗅覺組織、嗅覺細胞及嗅覺受體）存在著獲取困難、活性較難保持等問題，限制了嗅覺傳感器的進一步發(fā)展。氣味結(jié)合蛋白（odorant-bind

2、ing proteins，OBPs）作為一種胞外嗅覺蛋白，具有良好的氣味分子結(jié)合能力，同時其穩(wěn)定性較好，且易于實現(xiàn)體外表達和純化。因此，氣味結(jié)合蛋白傳感器對于嗅覺生物傳感的研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。
　　本論文以中華蜜蜂氣味結(jié)合蛋白(ASP2)、桔小實蠅氣味結(jié)合蛋白（BdorOBP2），及人氣味結(jié)合蛋白(OBP2a和OBP2b)為研究實例，結(jié)合不同的電化學檢測技術(shù)及生物敏感元件固定方法，完成了多種氣味結(jié)合蛋白傳感器的設(shè)計和

3、構(gòu)建，實現(xiàn)了對化學信息素等氣味分子的檢測。結(jié)合電化學阻抗模型和分子對接技術(shù)，探討了氣味結(jié)合蛋白與氣味分子之間的相互作用，分析了氣味結(jié)合蛋白傳感器的應(yīng)用及發(fā)展。論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　1.設(shè)計并構(gòu)建了昆蟲氣味結(jié)合蛋白傳感器，實現(xiàn)了對化學信息素的檢測。
　　昆蟲具有非常靈敏的嗅覺系統(tǒng)，這與其氣味結(jié)合蛋白結(jié)合氣味分子的能力密切相關(guān)。本論文以中華蜜蜂氣味結(jié)合蛋白(ASP2)和桔小實蠅氣味結(jié)合蛋白(BdorOBP2)為研究實

4、例，設(shè)計并構(gòu)建了昆蟲氣味結(jié)合蛋白傳感器。首先成功表達和純化了這兩種氣味結(jié)合蛋白，然后利用物理吸附和層層自組裝的方法將其固定于叉指電極表面。通過電化學阻抗技術(shù)，該傳感器實現(xiàn)了對不同化學信息素的檢測，而且相較于其他類型氣味結(jié)合蛋白傳感器，其具有較寬的檢測范圍、較好的檢測靈敏度和檢測下限。
　　2.基于氣味結(jié)合蛋白三維結(jié)構(gòu)，設(shè)計了電化學阻抗模型，結(jié)合分子對接技術(shù)分析了氣味結(jié)合蛋白與化學信息素的相互作用。
　　基于氣味結(jié)合蛋白結(jié)合氣

5、味分子的主要場所是其結(jié)構(gòu)中心的疏水腔體，并且結(jié)合和釋放氣味分子的過程是需要蛋白構(gòu)象的改變來實現(xiàn)的這一機理，本論文構(gòu)建了昆蟲氣味結(jié)合蛋白檢測化學信息素的電化學阻抗模型，包括蛋白骨架和中心疏水腔兩部分，進而對氣味結(jié)合蛋白構(gòu)象改變與傳感器阻抗變化之間的關(guān)系進行了分析。同時結(jié)合分子對接的結(jié)果，分析了氣味結(jié)合蛋白的三級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵氨基酸殘基在結(jié)合化學信息素過程中所發(fā)揮的作用，這為研究氣味結(jié)合蛋白的特異性傳感結(jié)合能力奠定了基礎(chǔ)。
　　3.設(shè)計并

6、構(gòu)建了人氣味結(jié)合蛋白傳感器，實現(xiàn)了對不同鏈長脂肪酸分子的檢測。
　　脂肪酸是生物體的重要組成和儲能物質(zhì)，也是一種重要的親脂性物質(zhì)。本論文利用人氣味結(jié)合蛋白對脂肪酸具有較好親和力的這一特性，設(shè)計了一種用于脂肪酸分子檢測的人氣味結(jié)合蛋白OBP2a傳感器。利用電化學還原的方法將氧化石墨烯還原為還原型氧化石墨烯并將其固定于印刷電極的碳工作電極表面，在增加電極導(dǎo)電性的同時，利用殘留的含氧官能團將氣味結(jié)合蛋白固定于傳感器表面。利用循環(huán)伏安檢測

7、技術(shù)，該傳感器實現(xiàn)了對二十二碳六烯酸、亞油酸，及月桂酸的測量。檢測結(jié)果表明人氣味結(jié)合蛋白對中、長鏈脂肪酸具有較好的結(jié)合能力，可用于分析不同碳鏈長的脂肪酸物質(zhì)。
　　4.利用陽極氧化鋁納米孔陣列，設(shè)計并構(gòu)建了氣味結(jié)合蛋白傳感器，實現(xiàn)了對苯甲醛、脂肪酸等分子的檢測。
　　陽極氧化鋁納米孔陣列是一種具有納米尺寸孔道的濾膜材料，其具有比表面積大的特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于溶液中目標物質(zhì)的高靈敏檢測。本論文基于人氣味結(jié)合蛋白OBP2b對苯甲