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功能化生物传感界面的构建及其在生物分析中的应用

王艳艳

  细胞毒性检测、抗原抗体免疫应答、酶催化、糖与生物大分子的识别等是当今生物分析领域中的研究热点。生物传感器以其灵敏度高、选择性好、易于微型化等优点为生物分析领域的研究提供了有力的工具。而研制生物传感器的关键技术是构建优良的传感界面,即如何将生物材料稳定、高活性地固定到电极表面。因此本论文针对不同传感界面的特点,采用不同的固定化技术和固定化材料分别构建了细胞、抗体、酶、糖等传感器界面,系统地研究了如何制备各种生物传感界面,并对所构建的一系列生物传感器在生物分析中的应用进行了逐一的探索。 针对活细胞所具有的电化学特性,创建了多通道电位型细胞传感器用于实时高通量监测v79细胞被毒性物质-对苯二酚(HQ)刺激后所产生的电位变化。分别设计了裸金电极、聚吡咯(PPy)-HQ和PPy-聚苯乙烯磺酸钠(PS)传感界面用于细胞的生长及相关毒性检测,并对PPy基底可控释放对苯二酚进行了评测。研究结果证实对苯二酚可影响细胞的增殖,延缓细胞的生长和贴壁,并且该毒性是呈剂量依赖型的。此外,还发现将V79细胞暴露于低剂量对苯二酚( 5μM)15小时以上后,能够增强细胞对高剂量对苯二酚的适应能力。与传统细胞毒性检测技术相比,电位型传感技术不仅具有无损伤、可实时检测等特点,它还极大地提高了检测细胞毒性的灵敏度。 构建了重组抗体-scFv免疫传感界面并采用合成类脂糖作为封闭剂,系统研究了该传感界面抑制血清和细胞非特异性吸附的能力。分别选取了六种糖作为研究对象,检测了它们对人血清和Hela细胞非特异性吸附的抑制作用。研究结果显示糖的结构在抑制血清吸附时占据重要作用,抑制能力依次为类脂海藻糖<类脂甘露糖<类脂N-乙酰基葡萄糖<类脂葡萄糖<类脂唾液酸<类脂半乳糖,其中类脂半乳糖抑制血清吸附效果最为显著。此外,将类脂半乳糖与BSA混合后作为封闭剂,几乎能完全抑制血清的吸附。甚至在未稀释的血清中仍显示出极高的抗血清和Hela细胞非特异性吸附的能力,并且不影响待测分子的检测信号。通过与其它的封闭试剂进行对比,类脂半乳糖与BSA混合物显示出优越的抗非特异性吸附的能力。 建立了一种将单壁碳纳米管分散于高分子聚电解质PDDA中的新方法。将带正电的PDDA-SWCNTs复合物与带负电的葡萄糖氧化酶通过静电层层自组装构建了酶传感界面。结果证实单壁碳纳米管能够均一地分散于PDDA溶液中并且保持了极高的导电性。所制备的葡萄糖传感器显示出宽广的线性范围0.05-12 mM;高灵敏度63.84μA/mM cm2,低检测限4μM和小表观米氏常数8.46mM。 人工合成多价糖受体-苯硼酸聚合物(boropolymer),并将其定向固定在巯基乙胺修饰电极上构建了糖传感界面。将待测物糖与金纳米颗粒相耦联用于放大检测信号。利用多价态的boropolymer与多价态的糖-金纳米颗粒复合物之间的相互作用以提高检测的灵敏度及专一性。系统研究了六种糖-金纳米颗粒复合物与boropolymer之间的结合,结合常数大小依次为乳糖<海藻糖<葡萄糖<甘露糖<半乳糖<麦芽糖。此外还发现糖与boropolymer之间的结合是可逆的,使用1M的醋酸即可使boropolymer表面再生,实现了对糖的连续、重复性检测。 此外,还研究了天然生物材料-疏水蛋白固定生物分子用于构建传感界面的性能。将疏水蛋白-HGFI作为多壁碳纳米管的分散剂,经紫外光谱技术和透射电镜证实了多壁碳纳米管在0.1 mg/mL HGFI溶液中经30 min超声可获得均一稳定地分散。X-射线光电子能谱、傅里叶红外光谱和拉曼光谱揭示了HGFI是通过疏水相互作用与多壁碳纳米管之间非共价键结合的。石英晶体微天平和电化学技术证实了HGFI能够固定人抗体IgG和葡萄糖氧化酶,并保持了这些生物大分子较高的活性。……   
[关键词]:生物传感器;生物传感界面;生物分析;生物分子固定化
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南开大学2010年
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