金微电极表面修饰生物活性分子的电化学生物传感器构建及应用

摘要

电化学生物传感器是一种以生物敏感元件与电化学转换器相连接的装置。基于其灵敏度高、特异性好、检测速度快、设备廉价、操作简单等特点，电化学生物传感器广泛应用于临床诊断、药物与食品分析以及环境监测等领域。无酶生物传感器和细胞传感器是两种重要的电化学生物传感器，本工作在使用生物活性分子如壳聚糖、叶酸分别构建无酶及细胞生物传感器的基础上，进一步将其应用于环境监测和癌细胞检测。
　　第一章，综述了电化学生物传感器的发展史、电化学生物传感器的常用检测技术以及电化学生物传感器的分类。
　　第二章，构建了一种基于壳聚糖与纳米金复合膜修饰金微电极的电化学无酶传感器，将其应用于亚硝酸根离子含量的测定。金电极表面先沉积一层纳米金，随后再沉积一层纳米金胶溶液与壳聚糖的混合凝胶层，从而获得GNP@CS/GNP/Au电极无酶传感器。通过电化学阻抗谱(EIS)表征修饰过程中金电极表面的性质。对修饰后的金电极进行循环伏安法(CV)测试，结果表明电沉积纳米金的存在显著提高了亚硝酸根离子在电极上的响应信号;而GNP@CS复合膜则同时具有促进电子传递和静电吸引亚硝酸根离子的作用。经条件优化后，所构建的GNP@CS/GNP/Au电极对亚硝酸根离子的测定范围为7.94μmol/L～4.74mmol/L，检测限为4.38μmol/L(S/N=3)。将GNP@CS/GNP/Au电极应用于池水样品中亚硝酸根的测定，回收率在91.6％～104％之间，显示了该传感器具有一定的实际应用潜力。
　　第三章，构建了一种基于L-半胱氨酸与叶酸修饰金微电极表面的电化学细胞传感器。依靠L-半胱氨酸的巯基与金的作用力，将L-半胱氨酸固定于金电极表面，使氨基露于电极表面。通过EDC/NHS的催化作用，将叶酸FA固定至表面带氨基的L-Cys/Au电极，从而构建FA/L-Cys/Au电极。用BSA封闭FA/L-Cys/Au电极表面非特异性吸附后，基于FA与叶酸受体(Folate Receptor, FR)的亲和力，而FR在HeLa细胞表面过度表达，将HeLa细胞接种于B SA/FA/L-Cys/Au电极表面，以阻抗变化信息获知HeLa细胞数目。电化学阻抗谱及循环伏安法的实验结果证明，L-Cys分子总体带正电荷，与负离子存在静电引力，促进电极表面氧化还原反应，起着电子媒介体的作用;固定FA后，FA的空间效应使得Fe(CN)63-与电极之间的电子传递受阻;捕获HeLa后，细胞的存在进一步阻碍了界面电子传递，使Rct大大增加。构建的细胞传感器对HeLa的检测线性范围为1.08×103cells/mL～1.08×107cells/mL，检测限低至2.4×102cells/mL(S/N=3)，其重现性和抗干扰性良好，具有一定的实际应用前景。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电化学生物传感器的发展史

1．3 电化学生物传感器的检测技术

1．3．1 电位分析法

1．3．2 伏安法

1．3．3 阻抗分析法

1．4 电化学生物传感器的分类

1．4．1 酶电化学传感器

1．4．2 电化学无酶传感器

1．4．3 电化学免疫传感器

1．4．4 适体电化学传癔器

1．4．5 细胞电化学传感器

1．5 小结

参考文献

第二章 基于金微电极表面修饰壳聚糖纳米金复合膜的亚硝酸根离子传感器构建

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与材料

2．2．2 仪器与设备

2．2．3 金膜微电极的制备

2．2．4 壳聚糖纳米金混合液的制备及表征

2．2．5 GNP@CS／GNP／Au电极的制备

2．2．6 GNP@CS／GNP／Au电极交流阻抗谱(EIS)表征

2．2．7 GNP@CS／GNP／Au电极对NO2-的CV响应

2．2．8 NO2-标准曲线的制备

2．2．9 GNP@CS／GNP／Au电极的抗干扰能力测试

2．2．10 GNP@CS／GNP／Au电极的重现性与长期稳定性

2．2．11 GNP@CS／GNP／Au电极的实际样品检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 纳米金溶胶及壳聚糖纳米金溶胶混合液的表征

2．3．2 修饰过程中电极交流阻抗谱(EIS)表征

2．3．3 修饰电极对NO2-的CV响应

2．3．4 电化学检测条件的优化

2．3．5 NO2-标准曲线绘制

2．3．6 干扰离子实验

2．3．7 电极重现性与稳定性

2．3．8 实际样品的检测

2．4 小结

参考文献

第三章 基于金微电极表面修饰L-半胱氨酸、叶酸的HeLa细胞电化学传感器构建

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 仪器与设备

3．2．3 金膜微电极的制备

3．2．4 PDMS接种细胞储液池的制备

3．2．5 电极的修饰

3．2．6 修饰电极的电化学性质表征

3．2．7 BSA／FA／L-Cys／Au电极对HeLa细胞的检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 电极交流阻抗谱(EIS)

3．3．2 电极循环伏安图(CV)

3．3．3 BSA／FA／L-Cys／Au电板对HeLa细胞的检测

3．3．4 HeLa／BSA／FA／L-Cys／Au电极抗干扰性

3．3．5 HeLa／BSA／FA／L-Cys／Au电极重现性

3．4 小结

参考文献

第四章 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

作者简介