基于不同信號(hào)放大策略的幾種電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、電化學(xué)生物傳感器很好地結(jié)合了電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置的高靈敏度以及生物識(shí)別體系的高選擇性，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于分析化學(xué)領(lǐng)域。其中，電化學(xué)酶生物傳感器和電化學(xué)DNA生物傳感器是最常見(jiàn)的兩種。
　　電化學(xué)酶生物傳感器利用酶的催化性能，主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展過(guò)程。其中，第三代酶生物傳感器基于酶分子的活性中心與電極間的直接電子傳遞，是較為理想的酶電極構(gòu)造之一。對(duì)于此類(lèi)傳感器而言，選擇合適的電極材料尤為重要，

2、它要能夠提供大的表面積以固定更多的酶，具有好的生物相容性來(lái)保持酶的生物活性，還要有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力促進(jìn)酶與電極間的電子轉(zhuǎn)移。
　　電化學(xué)DNA傳感器不僅可用于DNA雜交、損傷的檢測(cè)，還可通過(guò)適體（aptamer）實(shí)現(xiàn)對(duì)小分子、蛋白質(zhì)、藥物等的檢測(cè)。隨著分析化學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)高靈敏傳感器的需求越來(lái)越高，人們將各種納米材料與電化學(xué)DNA傳感器結(jié)合，利用納米材料優(yōu)異的電化學(xué)性能，提高傳感器的檢測(cè)能力。
　　本論文發(fā)展了幾種新型的電化

3、學(xué)生物傳感器，利用金納米材料和石墨烯，通過(guò)不同途徑實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，改善傳感器的性能。另外，還開(kāi)發(fā)了一種新的雙信號(hào)放大策略，并成功用于電化學(xué)適體傳感器中，論文的主要工作如下：
　　（1）通過(guò)簡(jiǎn)單的電沉積法在玻碳（GC）電極表面制備了樹(shù)枝狀的金納米結(jié)構(gòu)（DenAu），得到的DenAu/GC電極具有大的表面積。通過(guò)自組裝在DenAu/GC電極上的半胱氨酸（cys）來(lái)固定大量的超氧化物歧化酶（SOD），構(gòu)筑了一種能靈敏檢測(cè)超氧陰離子（O2

4、?–）的第三代酶生物傳感器。在25 mM的PBS（pH7.2）溶液中，SOD/cys/DenAu/GC電極上出現(xiàn)了一對(duì)準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電子轉(zhuǎn)移?；赟OD在電極上的高負(fù)載量，該傳感器對(duì) O2?–的檢測(cè)表現(xiàn)出了良好的分析性能：低檢測(cè)下限（2.1 nM），高的穩(wěn)定性和重復(fù)性，特別是寬至540μM的線性響應(yīng)范圍。
　　（2）基于生物條形碼的放大作用，成功構(gòu)筑了一種用于羥基自由基（?OH）檢測(cè)的電化學(xué)DNA傳感器。巰

5、基化的DNA1（SH-DNA1）首先修飾在金（Au）電極上，芬頓（Fenton）反應(yīng)產(chǎn)生的?OH會(huì)對(duì)電極表面上的 DNA層造成氧化損傷，這一現(xiàn)象可以通過(guò)DNA的插入劑（亞甲基藍(lán)，MB）進(jìn)行表征。為了進(jìn)一步提高傳感器的靈敏度，利用DNA2功能化的金納米粒子（DNA2-AuNPs）來(lái)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)信號(hào)的放大。該 DNA傳感器在對(duì)?OH的檢測(cè)中，線性范圍寬至10 mM，檢測(cè)下限低至3μΜ，且具有良好的選擇性。另一方面，此電化學(xué)生物傳感器還可用于評(píng)估

6、抗氧化劑的性能。
　?。?）基于AuNPs的電子轉(zhuǎn)移能力以及它與單鏈適體間的特殊吸附作用，發(fā)展了一種新型的電化學(xué)適體傳感器，用于對(duì)三磷酸腺苷（ATP）的靈敏檢測(cè)。由于金與含氮堿基之間的結(jié)合作用，修飾在金電極上的ATP適體（ABA）可以直接吸附AuNPs。帶負(fù)電的電活性物質(zhì)[Fe(CN)6]3-/4-可以通過(guò)AuNPs完成與電極間的電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)目標(biāo)物ATP存在時(shí)，形成的ABA-ATP復(fù)合物不能吸附AuNPs，且DNA磷酸骨架和ATP

7、都帶負(fù)電，造成了較大的電子轉(zhuǎn)移電阻?；诖?，利用AuNPs作為信號(hào)放大因子，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單且靈敏的ATP檢測(cè)法。結(jié)果表明，該傳感器無(wú)需對(duì)AuNPs進(jìn)行額外的修飾，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)ATP的靈敏檢測(cè)，檢測(cè)下限低至0.54 nM。這種方法有望與其他功能化的DNA結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)更多目標(biāo)物的檢測(cè)。
　?。?）利用石墨烯（GN）對(duì)抗壞血酸（AA）氧化的優(yōu)良電催化性能，發(fā)展了一種新型的免標(biāo)記電化學(xué)適體傳感器，用于對(duì)ATP的靈敏檢測(cè)。巰基化的 ATP適體（

8、ABA）修飾在Au電極上，GN通過(guò)與ABA之間的π-π堆積作用吸附到電極表面，產(chǎn)生較強(qiáng)的AA氧化信號(hào)。ATP存在時(shí)，ATP與ABA結(jié)合，使得GN從傳感界面脫落，AA的氧化峰電流明顯減弱，相應(yīng)的氧化峰電位正移。該傳感器可以同時(shí)以AA的氧化峰電流和峰電位的變化值為響應(yīng)信號(hào)，完成對(duì)ATP的檢測(cè)。納米催化劑GN，作為一種信號(hào)放大因子，有望應(yīng)用于更多的電化學(xué)DNA傳感器中。
　　（5）基于新型的雙信號(hào)放大策略，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的電化學(xué)適體傳感

9、器，用于對(duì)ATP靈敏、選擇性檢測(cè)。該適體傳感器包含著“信號(hào)增強(qiáng)”和“信號(hào)減弱”兩種傳感機(jī)理的特點(diǎn)。MB修飾的巰基化DNA（MB-P）首先固定在Au電極表面，與二茂鐵（Fc）修飾的適體探針（Fc-P）雜交，形成剛性的雙鏈DNA。ATP存在時(shí)，ATP與適體間的結(jié)合使得適體從雙鏈DNA中解離出來(lái)。Fc-P離開(kāi)傳感界面，單鏈的MB-P通過(guò)兩端的互補(bǔ)堿基進(jìn)行雜交，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)象的變化，導(dǎo)致了Fc氧化峰電流減小，而MB的信號(hào)增加，這兩種信號(hào)