摘要: 生物传感器是一种以生物活性单元(如：酶、抗体、核酸、细胞等)作为敏感基元，对被分析物具有高度选择性的现代化分析仪器。自从1962年Clark首次提出“在化学电极的敏感膜中加入酶以实现对目标物进行选择性分析”的设想。生物传感器由于其灵敏度高、选... 展开 生物传感器是一种以生物活性单元(如：酶、抗体、核酸、细胞等)作为敏感基元，对被分析物具有高度选择性的现代化分析仪器。自从1962年Clark首次提出“在化学电极的敏感膜中加入酶以实现对目标物进行选择性分析”的设想。生物传感器由于其灵敏度高、选择性好、价格低廉、分析速度快和容易实现在线活体检测等优点，又有其在临床医学、环境检测和食品工业等领域的广泛而潜在的应用，近三十年来取得了迅猛的发展，同时成为当前的研究热点之一。生物活性物质固定是生物传感器的研究和开发中最为重要和关键的工作，其固定的效果直接影响到传感器的灵敏度，选择性，寿命等。本文正是从生物活性物质的固定出发，结合当今材料科学领域内的无机纳米材料，从而构建了多种生物传感器。研究工作主要分为两部分：第一部分基于纳米金和铂空心纳米球修饰的过氧化氢生物传感器的研究1.溶胶-凝胶是固定生物分子的良好材料，纳米金具有比表面积大、吸附能力强，可以很牢固地吸附生物大分子并保持其生物活性。结合两者优点发展了一种氧化氢传感器。具体地，以铂电极为基底，用恒电位沉积一层普鲁士蓝(PB)，然后用纳米金和明胶构成的复合固酶基质，结合溶胶-凝胶技术将辣根过氧化物酶(HRP)固定在普鲁士蓝修饰的电极表面，再用戊二醛(GA)对复合酶膜进行交联改性，从而制备了性能良好的过氧化氢传感器。采用循环伏安法(CV)、计时电流法、交流阻抗法(EIS)对传感器进行了电化学表征。在pH=6.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，探讨了工作电位、pH、温度以及干扰物质对传感器响应电流的影响。实验结果表明，此方法有较高灵敏度、较好抗干扰能力、良好稳定性及重现性。对H2O2的线性响应范围为1.2×10-6～1.3×10-3mol·L-1，检测限为6.0x10-7mol·L-1。2.空心材料具有不同于它们对应的实心材料的性能，其具有密度低、耗材少、费用低、催化效果显著等特点，近年来引起了广泛的关注。本项研究采用简单、高效、经济方法制备了尺寸均一的铂空心纳米球，其结构已用透射电镜(TEM)表征，并将其固定于裸玻碳电极(GCE)表面。研究了该修饰电极在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中对过氧化氢(H2O2)的电催化作用。采用循环伏安(CV)法、计时电流法、交流阻抗(EIS)法对传感器进行了电化学表征。在pH=7.5的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，探讨了工作电位、pH、温度对响应电流的影响，还考察了修饰电极的稳定性，重现性及抗干扰能力。修饰电极对H2O2的线性响应范围为3.33×10-6～1.02×1-3mol·L-1,检测限为1.09×10-6mol·L-1。其用于对实验试样中回收率的测定，结果良好。第二部分基于纳米金、纳米二氧化钛和纳米铁氰化镍修饰的免疫传感器的研究1.纳米金沉积在半导体的纳米二氧化钛上可以提高纳米金催化的稳定性和提升二者的性能。同时这两种材料都具有良好的生物兼容性。纳米金具有很强的吸附能力和能保持生物分子的活性。基于此，在裸铂电极上电沉积一层普鲁士蓝，之后在普鲁士蓝层上固定一层纳米二氧化钛，其产生了一个具有强吸附能力的带有正电荷的界面，接着在这个界面上沉积一层纳米金层，最后用纳米金层去固定甲胎蛋白抗体，从而制备了甲胎蛋白免疫传感器。对影响该传感器性能因素作了详细的探讨。在优化的实验条件下，循环伏安技术测得峰电流与甲胎蛋白在0.3～30.0和30.0～300.0ng·mL-1范围内呈良好的线性关系，在信噪比为3时，检出限为1.0ng·mL-1。实验结果证明，该传感器展示了高的选择性，好的再生性，长期的稳定性(>2个月)和良好的稳定性。2.设计传感器时电活性物质加入，可以提高传感器性能。因此基于生物兼容性好、吸附能力强纳米金(nano-Au)和良好电活性物质铁氰化镍纳米颗粒(NiHCFNPs)发展了一种新的在临床免疫测定法中检测癌胚抗原(CEA)的免疫传感器。构建传感器的步骤具体如下：首先，采用一种简单电化学还原氯金酸溶液的方法将纳米金被固定在裸玻碳电极(GCE)表面；其次，铁氰化镍纳米颗粒用做一种电活性物质被固定在纳米金层上，铁氰化镍纳米颗粒的微结构和表面形态已经用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)表征；再次，纳米金再次被固定在铁氰化镍纳米颗粒上，纳米金能提供良好微环境和生物兼容性，有利于固定癌胚抗体(anti-CEA)。利用循环伏安技术和交流阻抗技术表征整个自组装过程。实验还探讨了纳米金的沉积时间、缓冲溶液的pH、孵育温度和时间等对此免疫传感器性能的影响。在优化的实验条件下，利用循环伏安技术测得峰电流与CEA浓度在0.5～10.0和10.0～160.0ng·mL-1范围内呈良好的线性关系；在信噪比为3时，检测限为0.1ng·mL-1。该免疫传感器展示了良好的重现性和再生性、可接受的准确度、高的灵敏性以及它将是有价值的用于诊断和监测癌。 收起