基于电化学阻抗的蛋白传感器及其在肝纤维化血清标志物检测中的应用研究

摘要

电化学生物传感器在目前的生物传感器中占有重要的地位，已在临床诊断、工业、农业分析和环境监测等领域得到了广泛应用。电化学阻抗谱技术能对界面有良好的表征作用，加上实时、高通量以及无损检测等特点，常用来分析传感器电极表面的特性。本研究以电化学阻抗测试系统作为实验平台，采用了具有良好灵敏度和信噪比的微电极阵列，针对蛋白阻抗传感器的动态监测及其在肝纤维化血清标志物检测中的应用进行了研究。
　　首先，以嗅觉仿生系统研究中非常有发展前景的气味结合蛋白(O BPs)为例，构建了蛋白阻抗传感系统，对OBPs及其信息素配体的交互过程进行了阻抗谱动态监测。通过蛋白、配体和电极等不同维度的对照，研究了该系统的灵敏性和选择性。同时，基于分子对接模拟蛋白三维结构，分析了蛋白构象改变与传感器电阻抗之间的关系。最后，面向农作物的病虫害防治，选用了对果蔬具有较强破坏性的桔小实蝇OBPs作为敏感元件，对乙酸异戊酯和苯甲醛两种宿主气味以及非宿主气味香叶醇的感受化学信号机制进行了传感分析，讨论了传感器对于不同气味分子的响应特性及其在病虫害防治等农业领域的潜在应用。
　　基于上述对蛋白阻抗传感器的研究基础，面向传感器的医学应用，结合肝纤维化血清标志物的免疫原理，采用了自组装单层聚乙二醇膜(PEG)将血清标志物透明质酸（HA）和转化生长因子β1(TGFβ1)的抗体通过共价结合键修饰在电极表面，构建了一种能实现多通道实时检测的阻抗免疫传感器。采用HA和TGFβ1标准品，根据抗原浓度与电子转移电阻相对改变值的关系，测试建立了浓度响应曲线。通过一系列对照实验组的阻抗响应结果验证了传感器良好的特异性和选择性。基于床旁监测(POCT)的发展需求，利用设计的免疫传感器对临床病人血清样本进行了传感测试，通过与临床常规放射免疫分析法（RIA）进行对照，结果表明两种测试结果具有良好的一致性。该研究为肝纤维化的临床诊断提供了一种具有良好应用前景的蛋白阻抗传感器。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电化学生物传感器

1．2．1 电化学生物传感器的工作原理

1．2．2 电化学生物传感器的分类

1．2．3 常见的电化学分析手段

1．3 电化学阻抗谱技术

1．3．1 电化学法拉第过程

1．3．2 电化学阻抗谱

1．3．3 电化学阻抗技术的应用

1．4 微电极阵列在阻抗检测中的应用

1．5 论文主要研究内容

第二章 蛋白阻抗传感器的基础设计与构建

2．1 引言

2．2 阻抗传感器测试系统

2．2．1 电化学阻抗传感器件

2．2．2 电化学阻抗测试系统

2．3 生物材料的耦合技术

2．3．1 基于非共价作用的耦合技术

2．3．2 基于共价键作用的耦合技术

2．4 蛋白分子阻抗模型与对接

2．5 小结

第三章 气味结合蛋白阻抗传感器的动态监测研究

3．1 引言

3．2 气味结合蛋白的研究背景

3．2．1 昆虫嗅觉反应机制

3．2．2 昆虫气味结合蛋白化学结构与特征

3．2．3 气味结合蛋白研究现状

3．3 气味结合蛋白传感器研究

3．3．1 仿生设计基础

3．3．2 电化学阻抗测试

3．4 气味结合分子测试结果与分析

3．4．1 传感器动态监测气味

3．4．2 特异性结合分析

3．5 气味结合蛋白的应用研究分析

3．5．1 传感器设计与准备

3．5．2 阻抗传感分析

3．6 小结

第四章 肝纤维化免疫传感器及其临床应用研究

4．1 引言

4．2 电化学免疫传感器研究背景

4．2．1 免疫结合原理

4．2．2 阻抗免疫传感器

4．3 肝纤维化血清标志物研究现状

4．4 肝纤维化免疫传感器制备

4．4．1 免疫传感器构建

4．4．2 电化学阻抗测试

4．5 血清标志物测试结果与分析

4．5．1 生物标志物检测

4．5．2 特异性结合分析

4．6 临床应用研究与分析

4．7 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果