基于血红蛋白/纳米金修饰离子液体电极的电化学生物传感器

氧化还原蛋白质在工作电极上的直接电化学对于研究生命体系的电子转移机理,了解生命过程中的氧化还原机理,开发新型电化学生物传感器有着重要的意义~([1]).目前较多的工作是利用各种媒介体、促进剂和纳米材料修饰电极来实现蛋白质的直接电子转移.离子液体修饰电极(CILE)是以离子液体为修饰剂和粘合剂的一种新型化学修饰电极,在生物电分析化学已经应用.本文在CILE表面修饰纳米金用于血红蛋白的固定及其直接电化学行为的研究,取得了较好的结果.     

[Con A/Dex]_n层层组装薄膜的pH敏感的开关性质及其生物电催化

酶的直接或间接电化学是电化学生物传感的基础,而实现可调控或可"开关"的生物电催化具有非常重要的意义~([1,2]).本实验利用凝集素蛋白质-伴刀豆球蛋白(Con A)和聚多糖-葡聚糖(Dex)之间的生物特异性相互作用,构筑了[Con A/Dex]_n层层组装薄膜.该薄膜在不同的pH缓冲溶液中对K_3Fe(CN)_6表现出明显的"开关"性质,并可应用于调控辣根过氧化物酶(HRP)对H_2O_2的电化学催化还原.     

生物模板材料表面的层层组装与功能化:制备、表征与电化学传感

自1991年Decher等~([1])正式报道层层组装以来,它己成为一种通用、方便的功能化复合膜制备方法.将基底材料依次浸入到各组分溶液中,聚电解质、杂多酸、纳米材料、蛋白质以及DNA等物质可以通过分子间的各种相互作用精确而有序地组合到一起,形成具有独特功能和性质的修饰膜,在表面处理、新型光学器件、生物装置以及电化学传感器的研制中发挥着重要的作用.目前,层层组装在电化学传感器中的应用几乎都是在商品化电极上进行的,受电极尺寸及形状的限制,所构建的电化学传感器实际应用前景有限.     

基于血红蛋白/硒化镉量子点多层膜的H2O2生物传感器

合成了水溶性硒化镉(CdSe)量子点,利用组装技术和静电吸附作用,将带正电荷的血红蛋白(Hb)和带负电荷的CdSe量子点层层组装到壳聚糖(chit)修饰的玻碳电极(GCE)表面,构建基于{Hb/CdSe}n多层膜的无电子媒介体的电流型生物传感器({Hb/CdSe}3/chit/GCE).运用紫外-可见吸收光谱、电致化学发光、交流阻抗和循环伏安技术来表征修饰膜,并研究传感器的作用机理、性能及分析应用.结果表明:与量子点薄膜法及量子点/血红蛋白复合物法等固载血红蛋白的其他方法相比,层层组装法能显著提高血红蛋白的固定量,保持血红蛋白的生物活性,增强传感器的灵敏度和稳定性.传感器检测H2O2的线性范围为4.0×10-8～4.8×10-6 mol·L-1(r=0.999 1),检测限为2.0×10-8mol·L-l.多层膜的电致化学发光研究,表明修饰电极有望用于电致化学发光传感器的制备.     

血红蛋白-Fe3O4-CaCO3三维生物纳米复合材料的特性及在生物传感中的应用

通过层层自组装的方法,在中性条件下利用静电作用将Fe3O4纳米粒子组装到修饰了高分子聚电解质的CaCO3多孔微米球上。该复合材料具有好的生物相容性、导电性、磁性和稳定性。将血红蛋白酶固定到该复合材料上,进而制备得到血红蛋白(Hb)-Fe3O4-CaO3复合物修饰玻碳电极,并在该修饰电极上实现了Hb与电极之间的直接电化学。该生物传感器对H2O2的还原具有较好的响应,线性范围为3.0×10-6~5.3×10-5 mol/L,检测限为8.9×10-7 mol/L。     

血红蛋白在自组装单层修饰电极上的直接电化学研究

对于氧化还原蛋白质在电极界面上的直接电子转移的研究对于生物传感器的构建,生物材料的发展和生物系统的认识有很重要的作用~([1]).虽然许多方法已经实现了蛋白质的直接电子传递,这些方法多数侧重于生物传感器的构建,对如何通过控制蛋白质的吸附状态来实现直接电子传递并没有系统的报道.蛋白质在吸附到电极表面的过程中,许多因素都能影响蛋白质的电子传递,如蛋白质的取向,蛋白质的活性中心与电极的距离等.     

ZnO/Nafion/GCE电极电化学发光性能研究

纳米结构的ZnO有很多优点,诸如无毒害、环境友好,生物相容,电子传输速率快,易于制备~([1]).近几年,ZnO在传感器、光催化、场致发射、太阳能电池等方面具有很大的潜在应用~([2]).本研究使用Nafion-乙醇固定ZnO于玻碳电极,对其电化学发光性能进行了研究,并对其发光机理进行初步研究.     

表面胶团修饰电极电化学测定双酚A的增敏机理及抗污性能研究

分别以2种阴离子表面活性剂(SDS、SDBS)、3种季铵盐阳离子表面活性剂(CTAB、TTAB、DTAB)和2种季铵盐型双子表面活性剂(12-3-12、12-4-12)修饰碳糊电极。通过原子力显微镜、接触角以及分析物在电极表面的电化学行为探讨了不同表面活性剂在电极表面的吸附情况,推测在浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,季铵盐型阳离子表面活性剂CTAB、TTAB、12-3-12和12-4-12在碳糊电极表面形成了圆柱形的表面胶团,而DTAB和SDS可能是饱和单分子层吸附。以BPA为分析物,研究了表面活性剂修饰电极对BPA的电化学增敏机理,结果表明修饰电极对双酚A(BPA)的电化学增敏作用主要是因为表面胶团对BPA的增溶作用,表面活性剂和BPA间的阳离子-π作用是表面胶团增溶BPA的主要原因。     

基于链接反应的辣根过氧化酶固定技术及其直接电化学

链接化学~([1])是2001年度诺贝尔化学奖获得者巴利·夏普莱斯(K.B.Sharpless)教授在2000年首先提出的.通过杂原子连接快速、100%可靠而又具有选择性地合成新化合物.该反应条件温和、产率高、生物兼容性好,为研究新的表面修饰方法提供了极大的便利~([2]).我们将分子自组装技术和链接化学相结合,提供一种固载蛋白质的新方法,研究该蛋白质在电极上的直接电化学行为.     

基于偶氮化反应构筑无酶无试剂型过氧化氢传感器的研究

近年来,人们在临床诊断、化学医药、环境保护等领域对过氧化氢的测定开展了广泛研究~([1]).电化学方法测定H_2O_2具有方法简便、灵敏度高等优点.发展无酶无试剂型H_2O_2传感器是重要的研究方向之一~([2,3]).利用偶氮4-氨基苯硫酚(ATP)膜具有强的导电性,偶氮基可与硫堇(Th)进行偶联反应,从而在电极表面实现Th的共价固定,建立了新型无酶无试剂H_2O_2生物传感器.     

基于聚硫堇和层层组装碳纳米管/HRP的过氧化氢传感器研究

将电聚合和层层组装方法有效结合构筑了聚硫堇（PTH）电子介体修饰的碳纳米管（CNTs）/辣根过氧化物酶（HRP）多层膜无试剂H2O2传感器.利用电化学阻抗谱对CNTs/HRP多层膜的组装过程进行监测,用循环伏安法和计时电流法研究了该HRP电极的电化学行为.探讨了酶组装层数、工作电位、pH值和碳纳米管对电极响应的影响.该...     

基于多壁碳纳米管和聚丙烯胺层层自组装的葡萄糖生物传感器

经混酸处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)末端及侧壁带有含氧基团,能与阳离子聚电解质通过静电作用结合,也能与酶蛋白非特异性结合。利用层层自组装法在铂(Pt)电极表面构建了聚丙烯胺(PAA)-MWC-NTs-葡萄糖氧化酶(GOx)膜,研究了自组装薄膜的表面微观形貌和电化学性质。组装层数为6层时最优,对葡萄糖响应线性范围为5.0×10-4~2.10×10-2mol/L;检出限为1.0×10-4mol/L(S/N=3);灵敏度为4.95μA/(mmolcm2),响应时间3.80s;GOx表观米氏常数为17.79mmol。对抗坏血酸等具有较强的抗干扰能力,10天后电极响应电流保持最初的91.79%。3次平行实验的RSD为4.85%。     

电化学发光和电化学生物传感器的研究

本研究小组近年来在电化学发光DNA和适体传感器研究和无标记以及阵列电化学DNA和适体传感器方面进行了一些工作,重点介绍如何提高生物传感器灵敏度进行传感界面设计的一些思路.利用纳米粒子提高灵敏度和再现性的途径主要有三种,一是用纳米材料修饰电极上,提高待测物或探针在电极表面的固定量;二是用纳米材料作为信号分子的载体或信号粒子, 以提高检测信号的强度~([1]);三是纳米材料直接作为信号物质~([2]).     

以天青Ⅰ为介体的纳米金颗粒增强的葡萄糖传感器

采用层层自组装的方法和异种电荷互相吸引的原理,将Nafion修饰在金电极上固载带正电荷的天青Ⅰ,并利用天青Ⅰ中的氨基固载纳米金,再通过纳米金将酶固定在金电极表面,制成了葡萄糖传感器.采用循环伏安法和交流阻抗法,研究了金电极表面组装各层之后的电化学特征,以及电极对葡萄糖的电化学催化作用. 结果表明,天青Ⅰ不仅可以固定酶和纳米金,而且还可以在酶和电极之间有效地传递电子.在优化的实验条件下,该传感器对葡萄糖响应的线性范围为5.1×10-6 ~4.0×10-3 mol/L,检出限(S/N=3)为1.0 μmol/L.该生物传感器显示出较好的稳定性和抗干扰能力,将其用于人体血清中葡萄糖的测定,结果令人满意.     

识别牛血红蛋白的分子印迹电化学传感器的制备与研究

采用电化学聚合物法制备了一种用于识别牛血红蛋白(BHb)的分子印迹电化学传感器。玻碳电极表面经电化学法沉积一层纳米金,接着自组装一层L-半胱氨酸,对修饰电极表面功能化,引入氨基和羧基,增加蛋白质印迹识别位点,以BHb为模板,采用电化学诱导的丙烯酰胺氧化还原聚合反应形成分子印迹聚合物层,模板蛋白分子经洗脱形成分子印迹电化学传感器。其产生的电化学信号的变化与BHb的质量浓度在1.0~1.0×103 mg·L~(-1)范围有直接的关系,检出限(3σ)达0.5mg·L~(-1)。这种新型传感器具有较高灵敏度,可用于目标蛋白的识别。     

血红蛋白和SiO2凝胶层层组装膜在碳纳米管/金纳米粒子修饰电极界面上的直接电化学及电催化研究

以SiO2凝胶膜和蛋白质交互组装法固定血红蛋白(Hb), 对其进行了电化学和电催化研究. 首先制备碳纳米管/金纳米粒子复合材料修饰的MWNTs-Au/GC电极, 为防止蛋白质在电极表面流失, 将Hb和自制的SiO2凝胶膜交替滴涂到电极表面, 得到SiO2/Hb层层组装膜修饰电极, 即{SiO2/Hb}n/MWNTs-Au/GC电极, n=2为优化层数. Hb在{SiO2/Hb}2/MWNTs-Au/GC电极上仍能保持其特有的生物活性, 并能与电极进行稳定快速的电子直接转移, 同时表现出过氧化物酶特性, 对H2O2具有良好的生物电催化还原能力.     

铁氰化铈薄膜固载血红蛋白修饰的过氧化氢生物传感器的制备及性能

采用电化学沉积法将铁氰化铈(CeHCF)薄膜修饰于玻碳电极(GCE)表面,得到铁氰化铈薄膜修饰玻碳电极;将血红蛋白(Hb)固载于该修饰电极表面,成功制得了Hb/CeHCF/GCE过氧化氢生物传感器.考察了铁氰化铈薄膜修饰玻碳电极的氧化还原机理和制备条件,并对血红蛋白在电极上的电子传递过程进行了较为深入的研究.结果表明,铁氰化铈薄膜为血红蛋白提供了温和的固载环境,可实现血红蛋白与电极表面的直接电子转移,提高了血红蛋白的电化学活性;所制得的传感器对过氧化氢具有较高的催化响应和较强的稳定性.相关研究结果在生物医学和临床医学领域具有一定的借鉴意义.     

基于聚多巴胺/铜微粒自组装多层膜的无酶葡萄糖传感器

利用多巴胺易于在电极表面发生自聚反应,且聚多巴胺膜中富含邻苯二酚等反应性基团,可通过二次反应实现电极表面的进一步功能化修饰的特点,在玻碳电极(GCE)表面,将多巴胺自聚膜(PDA)与铜微粒(Cu)进行层-层自组装,构建了无酶葡萄糖电化学传感器(GCE/(PDA/ Cu) n )。传感器的灵敏度可通过控制多层膜的组装层数进行调控。采用紫外-可见光谱跟踪表征了多层膜的组装过程,结果表明,多层膜的生长是逐步且均匀的过程。采用循环伏安法和电流-时间曲线法研究了修饰电极对葡萄糖的电催化氧化性能。对于GCE/(PDA/ Cu)4,检测葡萄糖的线性范围为0.5~9.0 mmol/ L,检出限为5.8μmol/ L(S/ N=3)。本传感器具有良好的重现性、稳定性和较强的抗干扰能力。将本传感器用于血清中葡萄糖的测定,结果令人满意。     

基于磁纳米粒子修饰的SPR传感器

磁纳米粒子是20世纪70年代后逐步产生并发展起来的一种应用前景广阔的新型磁性材料,由于其具有良好的磁响应性、粒径小、比表面积大、生物相容性好等优点而广泛地应用于生物技术领域~([1～3]).采用磁粒子固定抗体的免疫检测与传统的在传感膜上固定抗体的方法相比,不需要金膜和抗体之间的共价连接,因此它极大地简化了抗体的固定,加速了待测物的检测.同时采用层层自组装技术,在金膜的表面交替自组装聚电解质阴阳离子,形成聚电解质膜,不仅对金膜起到了保护的作用,避免了磁纳米粒子与金膜的直接接触,还在一定程度上提高了传感器的灵敏度.     

蛋白质直接电化学研究及其应用

蛋白质直接电化学研究在生物电化学中具有重要地位,对于蛋白质结构-功能研究、蛋白质电子传递过程的热力学和动力学研究都有着重要意义,而且是研制第三代电化学生物传感器的基础.本文对在裸电极、分子自组装修饰电极和模拟生物膜修饰电极上进行蛋白质直接电化学的研究及相关应用进行简要综述.