基于敏感電極界面及電活性納米探針構(gòu)建的高靈敏電流型免疫傳感器的研究.pdf

1、電化學(xué)免疫分析是電化學(xué)技術(shù)和免疫學(xué)相結(jié)合發(fā)展起來的具有選擇性高、測定速度快、操作簡單的一種分析技術(shù),非常適合于癌癥疾病的診斷。電化學(xué)免疫傳感器就是將抗原或抗體生物識別分子作為敏感膜,通過電極式的傳感轉(zhuǎn)換元件把抗原抗體反應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為可測的電信號的免疫傳感器。目前,有關(guān)電化學(xué)免疫傳感器的設(shè)計和構(gòu)建的研究十分活躍,重點(diǎn)集中在傳感器的靈敏度和信號增強(qiáng)兩個方面。納米材料具有比表面積大和生物相容性好的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于傳感器敏感界面構(gòu)建和電化學(xué)活性

2、納米探針的設(shè)計,從而達(dá)到增強(qiáng)電流型免疫傳感器的分析性能,如降低分析物的檢測限,提高測試方法的選擇性和傳感器的穩(wěn)定性等。本文主要從納米材料構(gòu)建傳感界面和電化學(xué)信號放大方法方面做了以下工作:
　　 1.基于多壁碳納米管/普魯士藍(lán),納米金構(gòu)建的電流型免疫傳感器的研究
　　 采用恒電位溶出伏安法,分別將普魯士藍(lán)和納米金沉積在多壁碳納米管修飾的玻碳電極表面,成功構(gòu)建了一種直接吸附抗體分子于多壁碳納米管/普魯士藍(lán)/納米金(MWCNT

3、/PB/GNP)為敏感電極界面的無試劑型免疫傳感器,達(dá)到了免疫分子的固定、免疫分子活性的保持以及電極表面和免疫分子之間能進(jìn)行有效電荷傳遞的目的。利用MWCNT對電極衷面進(jìn)行修飾,可將其本身的物理化學(xué)特性引入電極界面,同時也會因為其小粒徑、大比表面積效應(yīng)和良好的導(dǎo)電性,顯著提高氧化還原探針PB在電極表面的吲載量和增強(qiáng)免疫傳感器的電流響應(yīng);其次,電沉積的納米金,不僅能固載抗體并保持其活性,還能阻止PB探針的泄漏乘IMWCNT/PB復(fù)合膜從電

4、極表面脫落,從而提高了傳感器的穩(wěn)定性和壽命;此外,將氧化還原探針固定在電極表面,不僅操作簡單,而且可以避免對被分析物的干擾。該傳感器具有制備方法簡單、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、檢測限低以及線性范圍寬等特點(diǎn)。
　　 2.基于Nafion-碳納米管-球形二茂鐵甲酸納米復(fù)合物構(gòu)建的電流型免疫傳感器的研究
　　 采用超聲溶劑置換的方法成功合成出具有電活性的球形二茂鐵甲酸新型納米粒子,借助于Nafion良好的成膜能力和多壁碳納米管有助于增

5、強(qiáng)傳感器響應(yīng)電流,從而提高其靈敏度的特性,成功構(gòu)建了以Nafion-碳納米管-球形二茂鐵甲酸導(dǎo)電復(fù)合物膜為電極基底的無試劑型電化學(xué)免疫傳感器。值得注意的是,基于二茂鐵甲酸同有的電化學(xué)活性,Nafion-MWCNT-FcCOOH復(fù)合物可以直接給出電信號,其羧基經(jīng)EDC/NHS活化后與L-半胱氨酸(L-Cys)交聯(lián),L-Cys的巰基再鍵合沉積的納米金,從而使復(fù)合物膜更加穩(wěn)定;同時電沉積的納米金對免疫分子具有獨(dú)特的吸附能力,并且具有電子傳導(dǎo)作

6、用,既能阻止電活性探針從電極表面脫落,又能為免疫反應(yīng)提供良好的生物相容性的微環(huán)境,使免疫分子能保持較高的免疫活性。因此,這種方法構(gòu)建的傳感器具有制備過程簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和選擇性好的特點(diǎn)。該傳感器對HCG的線性范圍為0.05 mIU·mL-1～200 mIU·mL-1,最低檢測限為0.015 mIU·mL-1。
　　 3.基于HRE硫堇功能化納米SiO2為信號放大標(biāo)記的電流型免疫傳感器的研究
　　 納米粒子放

7、大標(biāo)記能產(chǎn)生極大的信號增強(qiáng)作用,為構(gòu)建超靈敏的生物傳感器奠定了基礎(chǔ),生物耦合的納米粒子在生物傳感信號放大中具有巨人的潛在應(yīng)用價值。在本實(shí)驗中,我們構(gòu)建了基于多酶.電子媒介體功能化納米二氧化硅生物禍合物為信號放大標(biāo)記的新型電化學(xué)免疫傳感器,并成功用于腫瘤標(biāo)志物癌胚抗原的超靈敏檢測。在這種方法中,表面環(huán)氧功能化的二氧化硅納米粒子,能有效地鍵合有氨基的電子媒介體(硫堇)、酶(HRP)和二抗(Ab2),獲得電活性的多酶生物耦合物HRP/HRP-

8、Ab2/Thi@SiO2信號探針。由于二氧化硅大的表面積能提高單一夾心免疫反應(yīng)對電子媒介體硫堇和HRP的固載量而使該檢測的靈敏度得到增強(qiáng),所構(gòu)建的電流型免疫傳感器具有較高的靈敏度,對CEA檢測的線性范圍為0.02ng·mL-1～10 ng·mL-1,最低檢測限為7.0 pg·mL-1。
　　 4.基于重氮化-耦合功能化生物耦合物為信號放大標(biāo)記的新型電流型免疫傳感器的研究
　　 本研究中,利用重氮化-耦合方法成功制備出具有

9、電化學(xué)活性的生物耦合物納米探針,并將其作為電化學(xué)信號增強(qiáng)試劑,構(gòu)建了一種新型的電流型免疫傳感器。該免疫傳感器具有雙重放大電化學(xué)信號的作用,一是大量結(jié)合于納米探針中的酶HRP和電子媒介體硫堇通過夾心免疫反應(yīng)模式被引入到電極表面,另一個就是HRP能顯著增強(qiáng)H2O2對硫堇的氧化反應(yīng),從而產(chǎn)生增強(qiáng)的催化還原峰電流,因此,這種基于含電子媒介體耦合物放大信號的方法具有較高的靈敏度和超低的檢測限,能夠檢測痕量的腫瘤標(biāo)志物存在。該免疫傳感器對腫瘤標(biāo)志物

10、CEA的檢測限為0.7 pg·mL-1。
　　 5.基于電活性聚合物刷為信號放大標(biāo)記的高靈敏電流型免疫傳感器的研究
　　 作為電化學(xué)免疫標(biāo)記試劑的電活性物質(zhì)通常是小分子物質(zhì)(如二茂鐵、普魯士藍(lán)和金屬等),在氧化過程中是單電子轉(zhuǎn)移,即一個分子只產(chǎn)生一個電子轉(zhuǎn)移,因此不是最靈敏的電活性物質(zhì)。為了增強(qiáng)電化學(xué)響應(yīng)信號和提高檢測的靈敏度,首先用殼聚糖(CS)分散的多壁碳納米管(MWCNT)復(fù)合物修飾在玻碳電極表面,再吸附納米金,納

11、米金吸附蛋白A(PA),構(gòu)建導(dǎo)電性好、比表向積大、生物相容性好的傳感器仿生界面。并利用蛋白A的定向作固載作用固載俘獲抗體癌抗體CA125;利用原子自由基聚合放大技術(shù)和電活性聚酪氨酸作為電活性信號放大標(biāo)記,構(gòu)建了具有雙重放大效應(yīng)的超靈敏易再生的新型電化學(xué)免疫傳感器。與傳統(tǒng)的夾心免疫方法比較,由于帶有環(huán)氧基團(tuán)的功能大分子PGMA修飾的納米材料結(jié)合了大量的發(fā)生多電子轉(zhuǎn)移的聚酪氨酸電子媒介體,可顯著放人響應(yīng)電流信號,因此該療法具有較高的靈敏度。