新型納米生物傳感界面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、生物傳感器是一個(gè)非?；钴S的研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，它與生物信息學(xué)、生物芯片、生物控制論、仿生學(xué)、生物計(jì)算機(jī)等學(xué)科一起，處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區(qū)域。它的研究起源于20 世紀(jì)的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧電極組裝在一起，制成了第一只生物傳感器，即葡萄糖酶電極。到80年代生物傳感器研究領(lǐng)域已基本形成，其標(biāo)志性事件是1985年“生物傳感器”國(guó)際刊物在英國(guó)創(chuàng)刊；1990年首屆世界生物傳感器學(xué)術(shù)

2、大會(huì)在新加坡召開，并且確定以后每隔兩年召開一次。 生物分子的固定是生物傳感器探討的一個(gè)非常重要的研究方向，已經(jīng)越來(lái)越受到科學(xué)工作者的關(guān)注，例如可控地固定蛋白質(zhì)對(duì)于探索蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和功能、研究蛋白質(zhì)電子傳遞機(jī)理、酶催化以及第三代生物傳感器的研制和疾病診斷的研究都具有重要的意義。層層組裝成膜技術(shù)，由于其制備方法簡(jiǎn)單，且每一層的組成、厚度、取向可以巧妙地控制和操作，為生物功能納米材料的開發(fā)提供了新的技術(shù)支撐，為下一代分子器件的開發(fā)

3、與研究提供了新的思路。 本論文的工作主要集中新型納米生物傳感器界面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。論文重點(diǎn)研究了基于單層、多層自組裝技術(shù)進(jìn)行生物傳感器界面的設(shè)計(jì)，構(gòu)筑了多種新型的具有納米結(jié)構(gòu)的生物傳感器，并將其應(yīng)用于生物分子的分析檢測(cè)，為生命科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究提供許多重要的分析方法。論文工作致力于納米材料組裝技術(shù)，生命科學(xué)和電分析化學(xué)三者的結(jié)合。具體內(nèi)容如下： 第一章緒論 層層自組裝方法(Layer-by-layer as

4、sembly，LbL assembly)是一種重要的有機(jī)超薄膜制備技術(shù)，鑒于此，通過(guò)LbL方法交替組裝構(gòu)筑具有特殊功能和結(jié)構(gòu)的介孔材料、蛋白質(zhì)組裝膜具有重要的研究意義。本部分從自組裝多層膜制各、表征方法以及層層組裝膜法在固載生物分子和在生物分析中的應(yīng)用方面進(jìn)行了綜述。 第二章血紅蛋白在介孔材料SBA-15修飾電極上的固載直接電化學(xué)行為及其應(yīng)用研究介孔材料SBA-15系列是一種基于SiO<,2>的新型材料，它具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，大

5、的比表面積，可調(diào)的孔道尺寸和體積，優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。介孔SBA-15這樣的結(jié)構(gòu)特性有望用于酶的固定。我們通過(guò)靜電吸附將Hb組裝在SBA-15孔道中， SBA-15能夠?yàn)镠b提供一個(gè)“近水”的微環(huán)境，阻止了Hb與電極表面的直接接觸，具有良好的生物兼容性。 實(shí)驗(yàn)著重研究了Hb固載在SBA-15或Au-SBA-15修飾電極上的電化學(xué)活性和對(duì)H<,2>O<,2>的催化效果。結(jié)果表明，由于材料Au-SBA-15中納米Au粒子的存在，使其對(duì)H

6、<,2>O<,2>有著更好的催化效果。故選擇Hb/Au-sBA-15修飾電極制成葡萄糖生物傳感器，該生物傳感器在5.0×10<'-4>～1.0×10<'-1>mol/L濃度范圍內(nèi)，葡萄糖的濃度與其響應(yīng)電流呈良好的線性關(guān)系，檢測(cè)下限為1.0×10<'-5>mol/L(S/N=3)。第三章層層組裝介孔材料SBA-15修飾電極在抗壞血酸共存下選擇性測(cè)定神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺多巴胺(DA)是存在于神經(jīng)系統(tǒng)中的一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與許多疾病的產(chǎn)生有密切的

7、關(guān)系。因此，DA的準(zhǔn)確測(cè)定具有十分重要的意義。本實(shí)驗(yàn)中，我們采用層層組裝技術(shù)制備層層組裝介孔材料SBA-15修飾電極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)利用SBA-15的離子篩功能，PDDA(PAA/SBA-15)<,5>層層自組裝膜可以消除抗壞血酸對(duì)多巴胺測(cè)定中的干擾。多巴胺在SBA-15多層自組裝膜上有一對(duì)可逆性良好的氧化還原峰，其氧化峰電流與多巴胺的濃度在1.0×10<'-9>～1.0×10<'-4>mol/L的范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限為5.0×

8、10<'-10>mol/L。 第四章層層組裝(PB/PDDA)<,n>固定化酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)乙酰膽堿的研究乙酰膽堿這類神經(jīng)傳遞素是從神經(jīng)細(xì)胞中釋放出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)，它們能將信息傳遞給其他神經(jīng)細(xì)胞。神經(jīng)細(xì)胞之間的這種信息通信，不僅對(duì)于大腦，對(duì)于整個(gè)身體的健康都是十分重要的。 本實(shí)驗(yàn)采用了高分子模板法將PB納米粒子組裝到聚電解質(zhì)膜中，并將乙酰膽堿酯酶(AChE)和膽堿氧化酶(ChOx)共同固定于的聚電解質(zhì)表面，制備了乙酰膽堿傳感器