新型碳纳米材料——石墨烯及其衍生物在生物传感器中的应用

纳米生物检测是目前纳米科学、生物化学及诊断技术相结合的新的重要研究方向。石墨烯由于具有优良的电子、光学、热学、化学和机械性质,使其具有构筑探针分子和信号传递并放大的三重作用,成为应用于超灵敏生物传感器的理想材料。快速的电子传递和可多重修饰的化学性质使其能够实现准确而高选择性的生物分子检测。石墨烯及其复合材料越来越多地被应用到生物传感器的制备中。本文综述了近几年石墨烯及其衍生物在生物传感器研究中的进展,包括修饰石墨烯的各种材料、多种生物活性物质在石墨烯表面的直接电子转移和石墨烯在酶传感器、免疫传感器、基因传感器以及一些生物小分子的检测等方面的研究。     

纳米金颗粒增强信号的电化学生物传感器用于谷胱甘肽和半胱氨酸的检测

构建了一种高灵敏检测谷胱甘肽(GSH)和半胱氨酸(Cys)的新型电化学生物传感器. 先将富含T碱基的DNA1和DNA2探针分别修饰在金电极和纳米金颗粒(AuNPs)上, 再加入Hg²⁺, 通过形成T-Hg²⁺-T结构使AuNPs结合到金电极表面. 当加入GSH(或Cys)后, GSH(或Cys)可以竞争结合T-Hg²⁺-T结构中的Hg²⁺, 使AuNPs离开电极表面. 由于AuNPs上修饰的DNA探针能够静电吸附大量电活性物质六氨合钌(RuHex), 因此该过程可引起计时电量信号的显著变化, 据此实现了GSH(或Cys)的高灵敏检测. 该传感器的检出限达10 pmol/L, 比荧光法或比色法降低了2~3个数量级. 实验结果表明, 该传感器具有较好的选择性.     

石墨烯的边界效应在电化学生物传感器中的应用

石墨烯是由底面和边界组成的,这种独特的结构赋予石墨烯很多特殊的性质,如边界上的异相电子转移速率、电容量、局域态密度和结构缺陷、功能性基团等均高于石墨烯的底面,这些固有特征对石墨烯的电化学性能有极大的促进作用,是边界效应的具体体现。本文在阐述石墨烯电化学性能边界效应的基础上,对具有不同形貌特征的石墨烯,如石墨烯纳米片、纳米毯、片晶、纳米墙、纳米纤维、纳米带、量子点等在电化学生物传感领域的具体应用进行了综述和展望。     

多靶标生物标志物检测的微流体磁敏生物传感器研制

将磁敏传感器与微流体测试卡集成,研制了可快速检测多靶标生物标志物的微流体免疫磁敏传感器。以3种消化系统肿瘤标志物(甲胎蛋白、癌胚抗原、糖链抗原)为模型靶标,对免疫反应各步反应的液体流速、免疫反应时间以及反应后的冲洗速度进行了优化,评价了多靶标同时检测的系统性能。在微流体磁敏生物传感器系统中,建立了血清样本中3种靶标同时检测的标准工作曲线,AFP、CEA和CA19-9的检出限分别达到0.1μg/L、0.1μg/L和30 U/mL,线性范围跨越4个数量级。微流体磁敏生物传感器可在30 min内完成多靶标生物标志物检测,临床血清样本的测试结果与ELISA法一致,具有检测时间短、灵敏度高的优点。     

基于纳米ZnO-ZrO2催化发光丙酮传感器的研究

研究了丙酮在纳米ZnO-ZrO2(质量比为4:1)表面催化发光行为,发现基于这种纳米催化剂的气体传感器对丙酮的检测具有高灵敏度和较强的选择性。在波长460 nm,温度219℃,载气流速25 mL/min时进行定量分析,催化发光强度与丙酮浓度在一定范围内呈良好的线性关系,线性范围为0.1～4000 mL/m3(r=0.9996,n=6);检出限为1.6 mL/m3(S/N=3)。传感器工作时间可达106h以上,可用于丙酮的实时在线检测。     

基于联萘酚的水溶性手性大环荧光传感器的合成与晶体结构

以R-联萘酚、氯氰胺、间苯二胺、1,2二苯基乙二胺、乙二胺为原料合成了3个水溶性手性大环荧光传感器;利用核磁共振(1 H NMR和13 C NMR)、质谱、红外光谱验证了合成产物的结构,利用元素分析仪测定了其组成,并利用X射线衍射分析确定了单晶R-3的晶体结构.结果表明,R-3属于单斜晶系,P2(1)/n空间群,晶胞参数为:a=1.128 6nm,b=1.566 1nm,c=2.293 9nm,β=90°,Z=4,Dc=1.328g.cm-3,F(000)=1 684.     

新型超支状液晶核酸传感器用于p53突变基因的检测

基于核酸杂交链式反应影响液晶取向的原理, 构建了一种新型的超支状液晶核酸传感器用于检测p53突变基因. 本文突破传统构建超支状分子的方式, 采用杂交链式反应方法, 以目标序列p53突变基因作为引发剂, 3种不同的发卡探针Hairpin A, Hairpin B和Hairpin C为单体, 在温和的条件下, 通过改变单体的浓度和反应时间自发杂交组装形成尺寸和分子量可控的超支状DNA(branched-like DNA, bDNA). 借助捕获探针将该超支状DNA连接到液晶传感基底表面, 观察液晶分子取向改变前后的光学信号, 实现了p53基因含249密码子突变序列的快速检测. 本方法有望为核酸诊断的发展提供一种新的方法和思路.     

“门控制”效应分子印迹传感器测定绿麦隆

在氧化铂电极表面采用化学聚合法制得绿麦隆分子印迹膜传感器。利用"门控制"中"门"的数量变化控制催化性能的强弱,结合氧化铂对过氧化氢的催化放大效应,有效的提高了传感器的灵敏度并建立了对环境中绿麦隆残留的检测方法。研究了氧化铂电极对过氧化氢的催化效果,并对分子印迹膜聚合配比、过氧化氢浓度、洗脱时间、重吸附时间进行优化。在优化条件下,绿麦隆浓度在1.0×10^-88.0×10^-6mol/L范围内与氧化铂电极对过氧化氢的催化电流呈负相关性,检出限为5.4×10^-9moL/L。该传感器成功应用于农田水样的检测,其回收率为98.5%¹02.0%。     

基于裂开型核酸适配体的液晶生物传感检测三磷酸腺苷

利用“适配体-目标分子-适配体”的“三明治”夹心方式构建液晶生物传感检测三磷酸腺苷(ATP). 将ATP核酸适配体片段作为捕获探针固定在经TEA/DMOAP混合组装膜修饰的玻片基底表面, 当ATP存在时, 裂开的两部分核酸适配体与ATP结合形成双链结构, 有效诱导液晶分子取向发生变化从而引起光学信号的亮度及颜色发生变化, 实现对ATP的检测, 该方法在ATP浓度为10 nmol/L时仍可观测到明显的光学信号变化. 这种“适配体-目标分子-适配体”的“三明治”夹心式液晶生物传感方法具有无需标记, 操作简单等特点, 在快速检测小分子等物质领域中有广泛的应用前景.     

双亲聚合物分子印迹自组装胶束电化学传感器研究

结合大分子自组装和分子印迹技术制备了分子印迹聚合物胶束, 并通过电沉积将其固载到电极表面得到分子印迹电化学传感器. 首先以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸二异辛酯(EHA)和苯乙烯(St)合成了共聚物poly(DMA-co-HEA-co-EHA-co-St), 在其侧链接枝上双键得到可光交联的双亲共聚物. 以水为沉淀剂诱发该双亲共聚物在含有对乙酰氨基苯酚的溶液中自组装, 得到印迹有对乙酰氨基苯酚的聚合物胶束, 利用动态激光光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征其尺寸和形貌. 最后通过电沉积技术诱导印迹胶束在金电极表面组装, 经紫外光辐照交联后, 洗脱模板分子形成分子印迹膜, 制备了对乙酰氨基苯酚分子印迹传感器, 通过循环伏安法、差分脉冲溶出伏安法研究此印迹传感器的性能. 实验结果表明, 该传感器对对乙酰氨基苯酚具有良好的选择性和灵敏度, 浓度响应线性范围为1×10^{-6 到4×10-3 mol/L, 检测限为3.3×10-7 mol/L.}