電化學(xué)蛋白質(zhì)生物傳感器的研究

袁 若

（西南大學(xué)，發(fā)光與實時分析教育部重點實驗室，重慶400715）

電化學(xué)生物傳感器是由生物體成分或生物體本身作為分子識別元件，電極作為信號轉(zhuǎn)換器，以電勢、電流等為特征檢測信號的傳感器。它集特異結(jié)合、信號產(chǎn)生、信號檢測為一體，具有選擇性好、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、靈敏度高、成本低、能微型化等特點。目前，電化學(xué)生物傳感器已廣泛應(yīng)用于臨床診斷等領(lǐng)域。

在構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器過程中，增強電化學(xué)響應(yīng)信號，提高電化學(xué)生物傳感器靈敏度，快速檢測痕量目標(biāo)物已成為廣大研究者關(guān)注熱點。其中，基于納米材料及生物催化放大電化學(xué)響應(yīng)信號的電化學(xué)生物傳感器研究尤其受到人們的廣泛關(guān)注。納米材料具有大的比表面積，可以大大增加目標(biāo)物探針、氧化還原探針或者酶的固載量，一定程度上放大電化學(xué)響應(yīng)信號或生物催化效率，提高了電化學(xué)生物傳感器靈敏度。

近年來，該文課題組基于納米材料及生物催化放大電化學(xué)響應(yīng)信號制備了多種電化學(xué)生物傳感器。主要可以分為以下幾個方面：(1)制備功能化的成膜材料作為固載基質(zhì)構(gòu)建直接法電化學(xué)免疫傳感器或適體傳感器[1～4]。如制備成膜性好的CoFe2O4/SiO2、NiFe2O4/SiO2及二茂鐵標(biāo)記的苯四甲酸二酐多孔復(fù)合納米材料（PTC-Fc）等。(2)制備多種功能化的納米材料并結(jié)合單酶、雙酶或生物素/親和素標(biāo)記放大電化學(xué)響應(yīng)信號構(gòu)建直接法電化學(xué)免疫傳感器或適體傳感器[5～9]。如以BSA為固酶基質(zhì)，通過交聯(lián)作用固載辣根過氧化物酶（HRP）以提高酶膜的穩(wěn)定性，基于聯(lián)吡啶鈷(Co(bpy)33+)與BSA之間的靜電作用和疏水作用，將Co(bpy)33+引入BSA-HRP復(fù)合膜中形成具有電化學(xué)活性和生物相容性的復(fù)合基質(zhì)。固載抗體后使用HRP封閉免疫電極上的非特異性吸附位點，并同時利用HRP的生物催化放大作用放大響應(yīng)電流信號，進而提高免疫傳感器的靈敏度。(3)制備多種功能化的納米材料并結(jié)合單酶、雙酶或生物素/親和素標(biāo)記二抗放大電化學(xué)響應(yīng)信號構(gòu)建夾心式電化學(xué)免疫傳感器和適體傳感器[10～20]。如構(gòu)建以磁性納米顆粒Fe3O4為核，普魯士藍(PB)為中間層并作為電活性物質(zhì)，Au為外殼的多層結(jié)構(gòu)的功能化磁性納米顆粒 (Au-PBFe3O4)。將HRP、葡萄糖氧化酶(GOD)和蛋白二抗同時標(biāo)記到該納米粒子表面。借助生物標(biāo)記的三層納米粒子的多重電化學(xué)催化作用顯著放大響應(yīng)電流信號，構(gòu)建了超靈敏易再生的電化學(xué)免疫傳感器。

在臨床診斷過程中，單種腫瘤標(biāo)志物或小分子含量往往不能作為某種疾病判斷的依據(jù)。因此，多組分同時檢測疾病標(biāo)志物對正確判斷某種疾病的發(fā)生有著極其重要的意義。多組分同時檢測可以有效的縮短樣品制作時間和檢測時間、減少樣品消耗量、提高檢測效率以及降低測試成本等。該文課題組在對傳感器的電化學(xué)行為研究的基礎(chǔ)上，開展了一系列電化學(xué)生物傳感器的研究并實現(xiàn)了在同一界面對多種目標(biāo)物同時定量檢測[21～25]。圖1為酶及納米粒子標(biāo)記二抗用于同一界面同時檢測三種蛋白質(zhì)（AFP、AFP-L3和APT）電化學(xué)免疫傳感器制備及檢測原理示意圖。

圖1 同一界面同時檢測三種蛋白質(zhì)電化學(xué)免疫傳感器制備及檢測原理示意圖

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