新型电流型生物传感器用于检测葡萄糖和癌胚抗原的研究

摘要

生物传感器是近年来发展起来的一项融微生物、医学、物理、化学、电子技术等多种学科相互渗透形成的分子生物学新兴技术，在临床医学、环境监测、食品和生物工程等领域具有重要的意义，也是电化学研究的活跃领域之一。 生物传感器主要由生物识别系统(感受器)和换能器组成。在生物传感器的设计与构建过程当中，采用适当的方法将生物分子，如酶、抗原、抗体等，固定与传感器表面以及选择合适的电化学活性探针材料成为影响生物传感器性能的主要因素。本文从电化学活性探针材料的选择、探针的电化学信号放大以及生物分子的固定方法方面进行了探索和研究，制备出高选择性的葡萄糖生物传感器以及高灵敏度的癌胚抗原免疫传感器，具体内容如下： 1．选取成膜性好、机械稳定性高的天然聚阳离子壳聚糖，采用层层自组装的方法将葡萄糖氧化酶固定于聚普鲁士蓝修饰的金电极表面，制备葡萄糖生物传感器。由于壳聚糖对生物分子具有良好亲和力以及生物兼容性，因此可以有效地保持葡萄糖氧化酶分子的生物活性，同时壳聚糖的空间网状结构避免了普鲁士蓝的渗漏。而电极表面的普鲁士蓝对酶与底物的反应产物H2O2具有良好的催化作用，从而制得具有高灵敏度、选择性以及良好稳定性的葡萄糖生物传感器。该传感器对葡萄糖的响应线性范围为6.0x10-6～1.6×10-3mol/L，检测限位3.1×10-6mol/L。由于该传感器具有较低的工作电位(0V)，使得该传感器具有较高的选择性。 2．疫传感器的检测基础是基于抗原或抗体之间的特异性结合，而这种特异性结合通常会带来电极表面阻抗值增加以及对电子传输的封闭作用从而引起电化学信号的变化。通常无试剂电流型免疫传感器正是通过检测这种特异性结合所带来电流信号的变化而检测抗原抗体浓度的。实验中通过将具有良好导电性能的纳米聚苯胺纤维以及纳米金修饰于硫堇修饰的Nafion膜表面，一方面放大了硫堇在电极表面所产生的氧化还原电流信号；另一方面增加了抗体的固定量，从而引起对屯子传输的封闭作用增强。因此，所制得的癌胚抗原免疫传感器的灵敏度有了显著的增加。在优化的实验条件下，该传感器对CEA具有良好的响应，其线性范围为0.1～120ng/mL，检测限为0.06ng/mL。 3．聚苯胺是一种具有良好电化学性质的导电有机材料，但其电化学活性仅存在于酸性条件下，这一缺点极大的限制了聚苯胺在生物分析领域当中的应用。实验中采用小分子阴离子三巯基丙磺酸对聚苯胺进行了掺杂，成功地使其电化学活性从酸性环境迁移到中性环境。实验证明，三巯基丙磺酸掺杂的聚苯胺在近中性条件下具有良好的电化学活性和稳定性，并且能有效地促进抗坏血酸的催化氧化。进一步的实验过程中，将三巯基丙磺酸掺杂聚苯胺修饰于电极表面，再沉积纳米金进而固定癌胚抗体，以此对癌胚抗原进行检测。经实验研究证明，该免疫传感器制备简单，稳定性好，并且具有较高的灵敏度，对CEA的响应线性范围为：0.05～10ng/mL以及10～120ng/mL，同时检测下限为0.03ng/mL(S/N=3)。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1生物传感器概述

1.2生物传感器发展历程

1.3生物传感器的原理及分类

1.3.1生物传感器的原理

1.3.2生物传感器的分类

1.4生物组分的固定

1.4.1生物功能物质的固定方法

1.4.2生物功能物质的固定材料

1.5生物传感器的应用和展望

1.6本论文创新点

第二章基于层层组装壳聚糖和葡萄糖氧化酶的葡萄糖生物传感器

2.1实验部分

2.1.1仪器与试剂

2.1.3葡萄糖氧化酶电极的制备

2.1.4测定方法

2.2结果与讨论

2.2.1生物传感器的工作原理

2.2.2传感器的电化学表征

2.2.3 pH值与电位的优化

2.2.4传感器对葡萄糖的计时电流响应

2.2.5传感器的回收率和稳定性

2.3结论

第三章基于纳米聚苯胺纤维和纳米金为放大界面的癌胚抗原免疫传感器的研究

3.1实验部分

3.1.1仪器与试剂

3.1.2 CEA免疫传感器的制备的制备

3.1.3测试方法

3.2结果与讨论

3.2.1电极自组装过程的电化学特性

3.2.2不同放大方法的对比

3.2.3实验条件的优化

3.2.4免疫传感器对CEA抗原的响应性能

3.2.5免疫传感器选择性

3.2.6免疫传感器的再生及稳定性

2.3结论

第四章基于三巯基丙磺酸掺杂聚苯胺的癌胚抗原免疫传感器的研究

4.1实验部分

4.1.1仪器与试剂

4.1.2 CEA免疫传感器的制备的制备

4.1.3测试方法

4.2结果与讨论

4.2.1 MPS掺杂聚苯胺膜的电化学活性表征及其机理探讨

4.2.2 MPS掺杂聚苯胺膜稳定性的表征

4.2.3 MPS掺杂聚苯胺膜修饰电极对抗坏血酸的催化氧化

4.2.4电极制备过程的电化学表征

4.2.5实验条件的优化

4.2.6修饰电极对CEA的响应

4.2.7免疫传感器选择性

4.2.8免疫传感器的再生及稳定性

4.3结论

参考文献

作者部分相关论文题录

致 谢