纳米材料修饰电化学DNA和适体生物传感器的研究图文Word格式.docx

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２．构置了一种基于碳纳米管增强的以凝血酶为检测对象的高效、高灵敏、特异性识别的电化学适体生物传感器。

研究表明，该电化学适体生物传感器检测凝血酶的浓度线性范围为１．０ｘ１０ｍ～５．０ｘ１０。

１０ｍ０１．Ｌ～，检出限可以达到５ｘ１０‘１３ｍ０１．Ｌ～。

方法特异性高，选择性好。

３．基于Ｐｂ２＋和凝血酶适体之间存在的高度结合能力，构置了ＥＭＩＭＢＦ４一Ｃｅ０２＝ＭＷＣＮＴｓ纳米复合材料放大的电化学适体传感器检测二价铅离子（Ｐｂ２＋）含量。

研究表明，差分脉冲伏安（ＤＰＶ）峰电流大小和ｐｂ２＋浓度在１．０ｘ１０一～１．０ｘ１０～ｍｏｌ・Ｌ‘１范围内呈现良好的线性关系，检出限为５ｘ１０母ｔｏｏｌ・Ｌ～。

关键词：

电化学生物传感器；

纳米材料；

ＤＮＡ；

适体

西北大学硕士学位论文摘要Ｉｎｖｅｓｔｉ２ａｔｉｏｎＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓＭｏｄｉｆｉｅｄＥｌｅｃｔｒＩｈｅｍｉｃ

ａ

１０ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ－ＭｏｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｎＶｅＳｔｌ２ａｔｌｏｎＤＮＡａｎｄＡｐｔａｍｅｒＢｉｏｓｅｎｓｏｒ

（Ａｂｓｔｒａｃｔ）

ＴｈｅｔｈｅｓｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｎｅｗｔｙｐｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＤＮＡａｎｄａｐｔａｍｅｒｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｒｏｍｂｉｎａｎｄｉｎｏｒｇａｎｉｃｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓＨ９２＋ａｎｄ

Ｐｂ２＋，ｕｓｉｎｇＤＮＡａｎｄａｐｔａｍｅｒａｓｍｏｌｅｃｕｌａｒｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎ

ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｎｅｗＤＮＡａｎｄａｐｔａｍｅｒｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓａｓｗｅｌｌａｓｉｎｅｎｒｉｃｈｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙ

ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅｃｈａｐｔｅｒｓｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｍａｉｎ

ｓｔｕｄｉｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ，

１．Ａｎｏｖｅｌｇｏｌｄ

ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ（ＡｕＮＰｓ）一ｂａｓｅｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＤＮＡｂｉｏｓｅｎｓｏｒｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆ

ｍｅｒｃｕｒｙ（ＩＩ）ｉｏｎｓ（Ｈ旷十）ｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．ＴｈｅｓｅｎｓｏｒＣａｎｄｅｔｅｃｔｔｈｅＨ９２＋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆ１．０ｘｌ０。

９～１．ＯｘｌＯ。

６ｍｏｌ・Ｌ～，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

ｌｉｍｉｔｏｆｕｐｔｏ５ｘ１０。

１０ｍｏｌ・Ｌ～．ＴｈｅＤＮＡｂｉｏｓｅｎｓｏｒｅｘｈｉｂｉｔｓｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｇｏｏｄｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｎｏｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．

２．ＡｎｏｖｅｌＭＷＣＮＴｓ－ｅｎｈａｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌａｐｔａｍｅｒｂｉｏｓｅｎｓｏｒ

ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｒｏｍｂｉｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｗｈｉｃｈｗａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，ａｎｄｈａｄ

ａｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙｔｏｔｈｅｔａｒｇｅｔ．ＴｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆＦｃＷａｓｌｉｎｅａｒｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｒｏｍｂｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ

ｂｅｔｗｅｅｎ１．Ｏ×

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ａｐｔａｓｅｎｓｏｒｓｈｏｗｓ

ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ．３．ＡｎＥＭＩＭＢＦ４一Ｃｅ０２一ＭＷＣＮＴｓｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｍｐｌｉｆｉｅｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌａｐｔａｍｅｒ

ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｉｖａｌｅｎｔｌｅａｄｉｏｎ（ｐｂ２＋）ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＷａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅａｐｔａｓｅｎｓｏｒｃａｉｌｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｂ２＋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆ１．０×

１０一～１．０ｘ１０～ｍｏｌ・Ｌ一，ｗｉｔｈ

ａｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔｏｆ５ｘ１０－９ｍ０１．Ｌ一．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｉｏｓｅｎｓｏｒ；

Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ；

Ａｐｔａｍｅｒｌｌ

西北大学学位论文知识产权声明书

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学位论文作者签名：

刘盘煎指导教师签名：

２０／０年６月１７日刁纠徊年６月夕日

西北大学学位论文独创性声明

本人声明：

所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢：

匕思。

剥哟毂２０ｌｏ年６月Ｊ了日

西北大学硕士学位论文

第一章绪论

１９６２年，Ｃｌａｒｋ提出生物传感器的设想。

１９６７年Ｕｐｋｉｋｅ和Ｈｉｃｋｓ首次研制出生物传感器。

时至今日，生物传感器已广泛应用于生物医学、环境科学、农业科学等诸多领域。

生物传感器的构成是将具有分子识别功能的生物活性材料如酶、ＤＮＡ（ＲＮＡ）、蛋白质、微生物、细胞和细胞器、动植物组织以及抗原和抗体等作为敏感元件固定在化学传感器表面。

根据固定生物活性材料的种类，可将生物传感器分为酶传感器、ＤＮＡ传感器、蛋白质传感器、微生物传感器和免疫传感器等类型。

根据检测原理可将生物传感器分为电化学生物传感器、光化学生物传感器等。

其中，电化学生物传感器由敏感元件（生物物质）、换能器（基体电极）及检测仪器三部分组成。

根据作为敏感元件所用的生物物质种类不同，电化学生物传感器可分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、电化学ＤＮＡ传感器、电化学适体传感器等【１４１。

本章在综述ＤＮＡ生物传感器和适体生物传感器及其研究进展的基础上，简单介绍本论文的研究内容和意义。

１．１ＤＮＡ生物传感器和适体生物传感器及其研究进展

ＤＮＡ是生命体内的遗传物质，具有贮存和传递遗传信息的功能。

除少数病毒外，绝大多数生物体的遗传信息都储存在ＤＮＡ分子中，通过ＤＮＡ的复制由亲代传递给子代，构成了遗传学的分子基础。

构成ＤＮＡ的基本单元是脱氧核糖、核苷酸和磷酸。

核苷酸的碱基有四种：

腺嘌呤（Ａ）、鸟嘌呤（Ｇ）、胸腺嘧啶（Ｔ）和胞嘧啶（Ｃ）。

适体（ａｐｔａｍｅｒ）则是从合成的ＤＮＡ／ＲＮＡ文库中，通过指数富集配体系统进化（ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ

ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｌｉｇａｎｄｓｂｙｅｘｐｏｎｅｎｔｉＭｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ，ＳＥＬＥＸ）技术筛选获得的能与靶物质高特异性高亲和力结合的单链寡核苷酸片段，一般由２５．８０个碱基组成。

本节主要介绍ＤＮＡ生物传感器和适体生物传感器及其研究进展。

１．１．１ＤＮＡ生物传感器

Ｉ．ＤＮＡ生物传感器的基本原理

ＤＮＡ生物传感器所检测的是核酸的杂交反应，因此也可以称为核酸杂交生物传感器（ｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｂｉｏｓｅｎｓｏｒ）。

ＤＮＡ生物传感器和其他的生物传感器一样，由ｌ

分子识别元件（ＤＮＡ）和换能器两部分组成。

识别元件主要用来感知样品中是否含有待测ＤＮＡ（或待测ＤＮＡ的含量）；

换能器将识别元件感知的信号转化为可以观察记录的信号，如电流或电阻大小、频率变化、荧光和化学发光强度以及光吸收程度等。

ＤＮＡ生物传感器通常是将单链ｓｓＤＮＡ探针固定在一定的敏感元件上如电极上，与另一条含有一段互补碱基序列的ｓｓＤＮＡ进行杂交，形成双链ｄｓＤＮＡ。

ＤＮＡ杂交过程所产生的变化通过换能器将其转换成电信号表达出来。

通过测量杂交前后电信号的变化，可以测定目标ＤＮＡ的含量及其序列特征。

２．ＤＮＡ生物传感器的类型及应用

根据换能器种类的不同，一般将ＤＮＡ生物传感器分为质量ＤＮＡ生物传感器（压电传感器）［５－１０】、光学ＤＮＡ生物传感器（包括光纤ＤＮＡ生物传感器【１１椰】、表面等离子体共振ＤＮＡ生物传感器【１４‘２５１、荧光ＤＮＡ生物传感器ｆ２６１和化学发光ＤＮＡ生物传感器【２７１等）和电化学ＤＮＡ生物传感器等。

其中，电化学ＤＮＡ生物传感器又可以分为电化学发光ＤＮＡ生物传感器和电化学ＤＮＡ生物传感器等。

这里主要介绍电化学ＤＮＡ生物传感器。

电化学发光ＤＮＡ生物传感器：

早在１９９０年，Ｂａｒｄ等【２８ｌ利用电化学发光研究了ＤＮＡ与钌联吡啶和饿联吡啶的相互作用，对电化学发光物质在ＤＮＡ序列分析中的应用进行了探讨，拉开了电化学发光（ＥＣＬ）ＤＮＡ生物传感器研究的序幕。

近年来，ＥＣＬ技术已被广泛用于ＤＮＡ序列分析、药物研究、自由基等与ＤＮＡ相互作用和抗癌药物的筛选等方面。

Ｃａｌｖｏ．Ｍｕｎｏｚ掣２９】将聚吡咯膜修饰在电极上，通过共价键和固定ＤＮＡ探针，然后通过连接在目标ＤＮＡ上的鲁米诺衍生物的电化学发光行为来实现ＤＮＡ杂交检测。

Ｌｅｅ等人【３０１报道了利用Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋作为电化学发光物质，使用双链ＤＮＡ嵌入剂阿霉素、道诺霉素和４，６．二氨基二苯基吲哚（ＤＡＰＩ）都会产生很好的电化学发光行为，而单链ＤＮＡ由于不识别这些嵌入剂而不会产生发光现象。

该ＥＣＬＤＮＡ生物传感器可以用于多种病原体的检测，ＤＡＰＩ．Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋电化学发光体系对肝病基因的单点突变检测有很好的选择性和特异性。

电化学ＤＮＡ生物传感器：

电化学ＤＮＡ生物传感器的工作原理是在电极表面（如金电极、玻碳电极、碳糊电极等）固定某一特定序列的ｓｓＤＮＡ，与溶液中的互补序列ＤＮＡ进行特异杂交形成ｄｓＤＮＡ，借助能识别单双链ＤＮＡ的杂交指示剂的电化学响应信号（如电流、电压或电阻）的变化对目标基因进行定性定量检测。

该过程～般包括四个步骤：

一是单链ＤＮＡ的固定，即将ｓｓＤＮＡ修饰到电极表面；

二是杂交，即修饰在电极表面的２

ｓｓＤＮＡ与溶液中的目标ＤＮＡ进行杂交反应，在电极表面形成双链ｄｓＤＮＡ；

三是杂交的指示，即将杂交信息转化为可以测定的电化学信号；

四是电化学信号的检测，即测定电流、电压或电阻的大小ｐ¨

。

３．电化学ＤＮＡ生物传感器的检测

电化学ＤＮＡ生物传感器，根据是否标记有电活性物质可分为标记型和非标记型两类。

非标记型电化学ＤＮＡ生物传感器是根据杂交前后ＤＮＡ本身碱基电化学信号的变化而进行检测的传感器。

由于ＤＮＡ本身的电化学活性比较弱，为了更方便地检测杂交前后电极表面结构的变化情况，通常需要借助一些具有电化学活性的杂交指示剂，它们能选择性地与ｄｓＤＮＡ结合且仍能保持电化学活性。

根据杂交前后指示剂的电化学响应信号与目标ＤＮＡ的含量在一定范围内成线性关系，可以达到定量检测目标ＤＮＡ的目的。

这就是标记型电化学ＤＮＡ生物传感器。

由此可见，标记型ＤＮＡ电化学生物传感器的灵敏度直接依赖于杂交指示剂对ｄｓＤＮＡ的选择性。

如何将杂交信息转化为可测定的电化学信号是该类传感器的关键问题之一。

近年来，标记型电化学ＤＮＡ生物传感器以其高灵敏度备受关注，其电化学活性标记物主要有嵌入ｊ｝ｉ／Ｕ（ｉｍｅｒｃａｌａｔｏｒ）、ＤＮＡ分子小沟结合剂（ＤＮＡｍｉｎｏｒ

ｇｒｏｏｖｅｂｉｎｄｅｒ）、电活性ＤＮＡ标记物（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅＤＮＡｌａｂｅｌｉｎｇｔａｇｓ）

和生物酶等几类。

嵌入剂：

通常是具有电活性的小分子物质，它们能选择性地与电极表面的ｄｓＤＮＡ结合。

嵌入剂与ＤＮＡ分子之间一般存在两种作用，一是嵌入作用，即嵌入剂分子嵌入ｄｓＤＮＡ双螺旋结构的碱基之间；

二是静电作用，存在于嵌入剂分子与ＤＮＡ骨架上的磷酸基团之间。

嵌入剂作为杂交指示剂不需要标记过程，简化了分析程序。

Ｚｈａｎｇ等［３２，３３】分别将纳米银．ＰＰＡＡ．ＭＷＣＮＴｓ．ＣＯＯＨ和纳米金．ＰＡＢＡ．ＭＷＣＮＴｓ．ＣＯＯＨ复合膜自组装到玻碳电极表面，共价键和５＇－ＳＨＤＮＡ探针，采用嵌入剂阿霉素作为电活性指示剂，测定互补序列ＤＮＡ的含量。

Ｌｉｕ等刚报道了Ｒｕ（ＮＨ３）６３＋作为电活性指示剂，它与ＤＮＡ带负电荷的磷酸骨架存在静电结合能力，利用纳米金的信号放大作用实现对目标ＤＮＡ的高灵敏检测。

还有很多报道基于亚甲基蓝（ＭＢ）与单双链ＤＮＡ之间结合能力的不同来测定ＤＮＡ［３５刁引。

由于嵌入剂与ＤＮＡ分子之间存在着嵌入作用和静电作用，它们往往可以同时与ｓｓＤＮＡ和ｄｓＤＮＡ结合，只是结合力大小不同，因此，嵌入剂作为杂交指示剂其选择性并不十分理想。

而且，它们通常很容易脱离ｄｓＤＮＡ分子，不利于电化学信号的检测，影响了实验的灵敏度。

ＤＮＡ分子小沟结合剂：

类似于嵌入剂与ＤＮＡ分子之问的作用，但它们并非嵌入ｄｓＤＮＡ分子的碱基中间，而是与ＤＮＡ扭曲区的小沟的碱基对边缘相结合。

由于这种小沟只存在于ｄｓＤＮＡ分子中，ｓｓＤＮＡ不具有，因此这类物质对ｄｓＤＮＡ有更好的选择性。

这类物质大多是一类具有平面结构的药物分子，如纺锤素、偏端霉素、二苯并酞亚胺类染料等。

电活性ＤＮＡ标记物：

是一类电活性较好的物质，它们通过化学键合作用直接或间接地连接在ｓｓＤＮＡ链的末端，合成电活性官能团标记的ｓｓＤＮＡ探针，与固定在电极上的目标ＤＮＡ进行杂交而被带入电极表面，通过检测标记物的电化学信号改变可以识别和测定目标ＤＮＡ分子。

Ｋｏｒｒｉ．Ｙｏｕｓｓｏｕｆｉ等【４０ｌ在ｓｓＤＮＡ上共价键和连接有二茂铁官能团的聚吡略，通过ＤＮＡ杂交前后，电活性物质二茂铁产生不同的电信号来指示ＤＮＡ的杂交状况。

生物酶作为标记物：

在ｓｓＤＮＡ探针上标记生物酶，通过与电极上的互补ＤＮＡ杂交将酶带入电极表面，利用酶的催化放大功能间接测定ＤＮＡ。

Ｃｈｅｎ等人【４ｌ】在电极表面电沉积铁氰化铜纳米粒子，通过生物素．亲和素法将葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）连接在ＤＮＡ探针上，利用酶的催化放大功能对流感病毒ＤＮＡ的检测可达ｆｍｏｌ－Ｌ～。

１．１．２适体生物传感器

１．适体生物传感器的特点

适体传感器（ａｐｔａｓｅｎｓｏｒ）就是以适体作为分子识别物质对蛋白质、基因和药物等进行检测的传感器。

适体作为分子识别物质与抗原／抗体相比，具有高特异性和高亲和力、目标分子的广泛性、体外筛选与化学合成、分子量小、稳定性好等优点［４２－４Ｓ】。

２．适体生物传感器的类型及应用

适体传感器根据检测信号的不同，可分为压电适体传感器【４９，５０１、原子力显微镜【５ｌＪ、光学适体传感器（包括光度适体生物传感器、表面等离子共振适体传感器１５２－５４１和荧光适体传感器【５５聊】等）和电化学适体生物传感器等。

其中，电化学适体生物传感器又可以分为电化学发光适体生物传感器和电化学适体生物传感器等。

这里主要介绍电化学适体生物传感器。

电化学发光适体传感器：

电化学发光分析法因其高灵敏度的特点，在适体传感器的研究中受到广泛的关注。

Ｈｕａｎｇ等㈣在金电极上固定３’．ＳＨ适体Ｉ，与凝血酶结合，然４

后再与５’．生物素修饰的适体ＩＩ结合，形成三明治复合结构。

链霉亲和素修饰的量子点（ＱＤｓ）通过生物素．亲和素技术连接到适体ＩＩ上，ＱＤｓ的电化学发光信号直接与适体ＩＩ有关，从而可以间接测定凝血酶的含量。

钌联吡啶及其衍生物常常被用在电化学发光适体传感器中【５９－６３］，但是，钌联吡啶衍生物发光电位高，而且电极重复使用性较差。

因此，合成发光电位较低、发光效率强、可重复使用的发光标记物，研制性能稳定的电化学发光适体传感器，将成为今后电化学发光适体传感器一个重要的研究方向。

电化学适体传感器：

电化学适体传感器将适体或标记的适体组装在电极表面，然后将与配体相互作用的生物学信号转变为电化学信号而进行检测。

根据不同性质的基础电极或修饰电极，选择不同的固定技术或方法。

物理吸附或包埋是最简单的固定化方法，但存在定向性差的缺点。

目前报道的电化学适体传感器中，比较常见的适体固定化方法，主要包括巯基自组装法睇确】、生物素。

亲和素法【６７】和共价键合法【钢等。

电化学适体传感器，根据适体是否标记，可分为标记型电化学适体传感器和非标记型电化学适体传感器。

标记型电化学适体传感器根据适体上标记物的不同，可以分为三种：

一是电活性物质作为标记物。

电活性物质如二茂铁或亚甲基蓝标记在适体上，适体结合配体前后，适体构象发生变化，使标记在适体上的电活性物质与电极间传递电子的效率发生了改变，通过测量电活性物质电流信号的改变实现对目标物的测定。

Ｂａｎｇ等【６９Ｊ将ＭＢ嵌入发夹式适体作为电活性指示剂，将适体固定在电极上，与凝血酶作用后，适体的发夹式构象伸展开来，释放出ＭＢ，导致电流的减小。

Ｗｕ等【１７０】将３＇－ＳＨＤＮＡ探针固定在聚乙烯．纳米金修饰的电极上，与二茂铁标记的适体杂交，电化学检测产生较大的电化学信号。

目标物腺苷存在时，适体和其特异性结合而从电极表面释放出来，电流信号降低。

Ｒａｄｉ等【７ｌ】报道了将二茂铁标记的ＳＨ．适体固定在金电极表面，与凝血酶作用后，凝血酶与适体形成稳定的Ｇ四链体构型，二茂铁离电极表面距离变近，电化学信号随之增加。

通过作用前后电化学信号的改变实现对凝血酶的检测。

二是酶作为标记物标记在适体上。

将酶标记的适体固定在电极上，与配体结合，当加入酶的反应底物进行酶促反应，通过检测酶促反应电化学活性产物的信号变化实现对目标物的测定。

Ｈｕａｎｇ等【＿７２Ｊ通过聚合酶的信号放大作用，测定血小板衍生生长因子ＢＢ（ＰＤＧＦ．ＢＢ）。

当ＰＤＧＦ．ＢＢ存在时，电极表面形成抗体／适体／ＰＤＧＦ．ＢＢ三明治复合结构，ＭＢ嵌入产生较大的电化学信号。

三是纳米粒子作为标记物标记在适体上。

主要集中在利用纳米粒子作为信号分子、适体载体５

和修饰电极三个方面。

标记型电化学适体传感器灵敏度高，但是在标记过程中，涉及到合成、标记、分离和纯化等步骤，繁琐且费时，而且可能会影响到适体的活性或折叠等；

可以作为标记物的电活性物质种类有限；

不是所有的适体都适合标记如ＲＮＡ适体；

对适体进行标记时，需要准确掌握适体的折叠机制及适体与配体的结合位点。

由于存在上述缺点，非标记型已成为电化学适体传感器的发展趋势。

非标记型电化学适体传感器是指对适体不需要进行标记，根据适体与配体结合前后，电流、电位、电容或阻抗的改变对目标物进行检测的电化学适体传感器。

与标记型电化学适体传感器相比，具有无标记简单的优点，但是，灵敏度受到一定的影响。

Ｗｕ等㈣将发夹式的适体固定在电极上，电化学检测时电解液中的氧化还原电对产生很好的峰电流。

与目标蛋白ＩｇＥ作用后，ＩｇＥ不仅会在电极表面形成致密的介电层，而且会使适体发夹式的结构展开，阻抗增加，从而抑制了电极表面的电子转移，导致峰电流显著下降。

３．纳米材料在适体生物传感器中的应用

纳米粒子（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）是指粒径为纳米级（１０母）的超细颗粒，其范围一般为１．１００ｉｌｎｌ。

在纳米材料的发展初期，纳米材料是指纳米颗粒以及由它们构成的纳米薄膜和固体，现在广义的纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，或由它们作为基本单元构成的材料。

纳米材料被誉为“２１世纪最有前途的材料”，其本身具有许多优良特性，如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效趔７４１等。

纳米材料在催化、光吸收、生物医药、磁介质及新材料等方面有着广阔的应用前景。

生命科学与纳米技术的高速发展，为人们对核酸、蛋白质等生物大分子的分析，生物医药分析，超微量、超痕量生物活性物质的分析开辟了新的技术路线。

目前，生命科学与纳米技术的相互渗透与融合己发展成为最重要的前沿研究领域之一。

纳米材料被广泛用于适体传感器的研究中。

在适体传感器中，纳米材料主要用作标记适体、固定适体、加速电子转移、反应控制开关及修饰在电极表面提高适体固载量‘７５‘７８】。

其中，应用较为广泛的纳米材料有金属纳米材料（纳米金、纳米银等）１７９－８６１、碳纳米管‘８７母１１、纳米硅１９２１、半导体纳米粒子‘９３，９４】、磁性纳米颗粒【９５＇９６】以及纳米复合材料［９７，９８１等。

适体传感器是纳米材料最有前途的应用领域之一，以纳米材料为基础的适体传感器灵敏度高，选择性好，能直接应用于生产、生活及环境监测等领域。

６

西北人学硕士学位论文

１．１．３

展望

ＤＮＡ和适体生物传感器是近年来发展起来的一种检测新技术。

由于ＤＮＡ和适体生

物传感器具有灵敏度高、线性范围宽、仪器简单、分析过程无污染、能分离纯化基因等突出优点，加之许多不同的感应元件及技术相继在ＤＮＡ和适体传感器中得到了应用，从而使ＤＮＡ和适体生物传感器及其相关研究得到了迅速的发展。

可以预期，电化学ＤＮＡ

和适体生物传感器必将在蛋白质、小分子药物、核酸及无机离子检测等领域显示出良好的发展前景。

１．２本论文研究内容

本论文以凝血酶和重金属离子Ｐｂ２＋、Ｈ９２＋为检测对象，以ＤＮＡ和适体作为分子识

别物质，构置并研究了新型电化学ＤＮＡ和适体生物传感器。

该研究对于发展新型电化学生物传感，丰富电分析化学研究内容具有一定的意义。

全文共分三章，本论文的主要研究工作如下：

１．基于ｎｇ＋和ＤＮＡ的碱基胸腺嘧啶（Ｔ）之间存在的特异结合能力，构置了一种金纳米粒子（ＡｕＮＰｓ）放大的电化学ＤＮＡ生物传感器，并建立了检测水溶液中二价汞离子（Ｈ９２＋）含量的新方法。

２．基于凝血酶和凝血酶适体之间、Ｐｂ２＋和凝血酶适体之间存在的高度结合能力，分别构置了用于检测凝血酶和ｐｂ２＋的电化学适体生物传感器，建立了高灵敏高特异性检测凝血酶和Ｐｂ２＋含量的新方法。

参考文献

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Ｉ．，ＯｋｔｅｍＨ．Ａ．，Ｍｕｔｌｕ

Ｍ．，Ｑ