新型混合自组装膜界面的压电免疫传感器研究

摘要

压电免疫传感器因制备简单、灵敏度高、价格低廉、操作方便等优点而被广泛研究并已在生物检测中逐步得到了应用。然而，如何将抗体或抗原固定在电极表面，提高传感器灵敏度以及怎样降低传感界面的非特异性吸附，提高传感器的选择性等问题严重阻碍了压电免疫传感器进一步的发展和应用。据此，本文发展了几种新型的生物分子固定方法，并采用这些方法构建了抗精子抗体、甲状腺素T4 等多种新型压电免疫传感器。主要工作包括如下： （1）自组装膜是分子通过化学键作用自发形成的热力学稳定性膜，这种膜因具有排列有序、高密堆积、制备简单等特点而被广泛使用。但是，由单一组分形成的自组装膜，因传感界面反应基团的密度过高，固定生物分子时空间位阻较大，从而降低了生物分子的固定量，而且还导致了非特异性吸附。因此，本文提出用两种不同的巯基化合物（半胱胺和巯基丙酸）共同自组装形成混合自组装膜。其中巯基丙酸所提供的羧基经EDC 和NHS 活化后连接抗原，从而使传感界面具有分子识别功能；而含氨基的半胱胺却起到了“稀释剂”和“封闭剂”的作用，使反应界面羧基密度降低，空间位阻减小，从而增大了抗原固定量，同时也降低了非特异吸附。基于此固定方法构建了抗精子抗体压电免疫传感器。 （2）纳米金具有三维立体结构，比表面积大，生物相容性好等特点。与平板金电极比较，纳米金能固定更多的生物分子，且能很好地保持生物分子的活性。 但是，若将生物分子直接固定在纳米金表面，生物分子定向固定的程度不高，使得纳米金表面得不到充分利用；而且纳米金与蛋白质还会因静电作用引起非特异性吸附，干扰待测物的分析测定。因此，本文提出了将纳米金与混合自组装膜相结合的固定化方法。通过双巯基化合物将纳米金组装到电极表面，然后在纳米金表面组装一层混合自组装膜，最后，活化混合膜所带的羧基以固定抗原，实现抗体的检测。实验表明：此固定化方法与纳米金直接固定法比较，免疫反应的频率响应值要大，抵制非特异性吸附的能力要强。基于此方法构建了一种新的抗精子抗体压电免疫传感器。 （3）第三章中，实验证明了在纳米金表面组装混合膜，既能提高生物分子的固定量，又能抵制非特异性吸附。但是，纳米金表面组装的是长链巯基化合物，长链巯基化合物组装在纳米金表面的时候可能发生弯曲、缠绕的现象；而且整个过程是通过层层自组装完成的，这都会影响生物分子的固定。据此，本文提出： 先将纳米粒子表面组装一层短链巯基化合物的混合膜（半胱胺，巯基已醇），再将被混合膜修饰了的纳米金粒子组装到被巯基丙酸修饰的电极上（用EDC 和NHS活化羧基），基于此方法研制了甲状腺素T4 压电免疫传感器。 （4）纳米金粒子组装到电极表面一般是通过层层组装完成的，它是基于静电作用或金－硫键强相互作用。层层组装的方法能控制膜的厚度及密度，但需多步洗涤、浸泡的过程，而且操作繁琐、费时。据此，本文提出了：将纳米金与1，6－二巯基己烷、巯基丙酸混合，通过反应，在溶液中形成了混合膜修饰的网状纳米金膜。若将电极插入到该溶液中，电极表面就能修饰一层网状纳米金膜（网状膜上存在自由巯基，它与金电极形成金－硫键）。膜上的羧基经活化后，可用来固定生物分子，研制新型的压电免疫传感器。 （5）超支化树状化合物具有三维立体结构，末端带有功能团，能增加固定生物分子的数目，产生“放大效应”，从而提高了传感器的灵敏度。本文提出：先将含羧基的超支化树状化合物用EDC 和NHS 活化，再将活化了的超支化树状化合物组装到被半胱胺修饰的电极上。这样形成的膜均匀、稳定，且增加了生物分子的固定量，从而提高了传感器灵敏度。 （6）电聚合膜因其独特的性质而受到人们的关注。为了提高生物分子的固定量，本文提出了一种将电极表面电聚合一层均匀、致密的酪胺膜，通过氨基与纳米金之间的静电作用使聚合膜上组装一层纳米金，增加抗体的固定量，以此方法构建了甲状腺素T4 压电免疫传感器。 （7）基于蛋白A 定向固定抗体，并结合PEG 的放大作用，构制了一种简单、快速、高灵敏度的癌胚抗原压电免疫传感器。