基于电化学生物传感器对谷胱甘肽及相关酶活性的研究

摘要

电化学传感器由于其选择性好，检测耗时短，无污染等优点，在发酵工业，疾病预防，医药食品加工等相关领域具有广泛的应用前景。而纳米材料由于具有良好的比表面积和独特的导电性能，被应用到高度敏感的生物感应方法设计中，如石墨烯，量子点，金纳米粒子及介孔二氧化硅纳米颗粒等。本论文针对谷胱甘肽(GSH)研究了一系列成本低、快速检测、具有更宽检测范围的新型电化学生物传感器，其主要内容如下:
　　(1)DNA门控开关功能化介孔二氧化硅纳米粒子电化学检测GSH采用介孔二氧化硅粒子和DNA门控系统设计一种基于正十二硫醇修饰丝网印刷电极(SPE)的直接快速检测GSH的电化学方法。用于电化学检测的T-Hg2+-T结构的DNA门控系统可特异性与GSH发生取代反应，门控系统被打开，释放出亚甲基蓝分子。然后，由于亚甲基蓝(MB)分子渗透到硫醇层堆积，被固定的十二硫醇不仅能避免蛋白的非特异性吸附也提高电流响应信号，其检测范围1.0nmol·L-1～1.0 mmol·L-1，检测下限为0.6 nmol·L-1。该方法检测下限较低，不用对检测样品处理，操作简单。
　　(2)Hg2+触发链式杂交反应构建电化学传感器检测谷胱甘肽是基于杂交链式反应信号放大，我们设计一个具有高度敏感性、简单的GSH电化学检测方法。通过对目标分子进行杂交链式反应在传感器表面形成dsDNA聚合物。指示剂可以有效地嵌入到双链DNA聚合物凹槽处，从而实现对GSH的检测，该方法的对数线性响应范围为1～500 nmol·L-1，检测下限可达0.6 nmol·L-1。该法技术已被证明是一种简单且高度敏感的对不同生物分子具有检测作用的信号转导途径。
　　(3)电化学阻抗法快速检测GSH及谷胱甘肽还原酶(GR)是金电极经过GSH修饰后，其阻抗值显著增加，而阻抗的增加与GSH浓度密切相关。通过检测酶反应溶液中GSH的变化，我们可以间接地求得GR的活性。该传感器对GSH的检测范围为250μmol·L-1-16 mmol·L-1。检测酶活性范围在0.005-0.5 U。此外，通过与比色法检测得到的GR活性进行比较，结果表明电化学检测方法具有良好的可靠性。与其他检测方法相比，这种方法具有灵敏度高、耗时较少的优点。

目录

声明

摘要

缩略词表

第1章 绪论

1．1 电化学生物传感器的工作原理

1．2 电化学生物传感器的分类

1．2．1 电化学免疫传感器

1．2．2 电化学酶传感器

1．2．3 电化学DNA传感器

1．3 电化学生物传感器的检测方法

1．3．1 循环伏安法

1．3．2 电化学交流阻抗法

1．3．3 计时电位法

1．4 电化学生物传感器的研究现状以及存在的问题

1．5 谷胱甘肽以及相关酶的研究现状

1．5．1 谷胱甘肽的研究现状及其生理功能

1．5．2 谷胱甘肽还原酶与氧化酶的研究现状及其生物学功能

1．5．3 电化学法检测GSH

1．6 本研究的主要工作内容

第2章 基于DNA门控开关功能化介孔二氧化硅纳米粒子电化学检测谷胱甘肽

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与材料

2．2．2 仪器仪表

2．2．3 MSN-DNA的合成

2．2．5 电化学法检测谷胱甘肽

2．2．6 谷胱甘肽检测的选择性

2．3 结果与讨论

2．3．1 实验原理

2．3．2 表征的MSN

2．3．3 GSH调节DNA门控系统的可行性

2．3．4 检测条件优化

2．3．5 分析性能

2．3．6 特异性检测GSH

2．4 小结

第3章 基于Hg2+触发链式杂交反应构建电化学传感器检测谷胱甘肽

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和材料

3．2．2 仪器仪表

3．2．3 工作电极的修饰

3．2．4 谷胱甘肽的电化学检测

3．2．5 谷胱甘肽检测选择性

3．2．6 人血清中谷胱甘肽的检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 设计策略

3．3．2 修饰金电极的表征

3．3．3 检测GSH的可行性研究

3．3．4 信号放大

3．3．5 谷胱甘肽的电化学检测

3．3．6 谷胱甘肽检测选择性

3．3．7 GSH传感法的实际应用

3．4 小结

第4章 电化学阻抗法快速检测谷胱甘肽及谷胱甘肽还原酶

4．1 前言

4．2 实验

4．2．1 试剂和材料

4．2．2 仪器

4．2．3 金电极表面的清洗

4．2．4 GR活性检测

4．2．5 验证实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 设计策略

4．3．2 电化学表征

4．3．3 试验的可行性分析

4．3．4 实验条件优化

4．3．5 还原型谷胱甘肽检测

4．3．6 GR活性检测

4．3．7 验证实验

4．3．8 发酵液中检测谷胱甘肽

4．4 小结

结论

参考文献

附录

致谢