【摘要】：納米生物傳感界面作為傳感器的核心部件,影響著傳感器的靈敏度、特異性、選擇性、識別效率等傳感性能。傳統(tǒng)的生物傳感界面存在傳感基底尺寸難以精確調(diào)控,傳感基底上探針倒伏、相互纏繞等問題,使傳感器各種傳感性能大大下降。因此,實現(xiàn)對傳感基底尺寸以及傳感基底上探針性能的精準調(diào)控對構(gòu)建高活性的分子識別界面具有重要意義。進一步地,在細胞膜這一生物界面上調(diào)控受體與配體之間的相互作用,有利于實現(xiàn)對細胞生理活動的調(diào)控及對細胞的靈敏檢測分析。本論文的研究工作主要圍繞納米生物傳感基底尺寸調(diào)控,基底界面上DNA電子傳遞性能調(diào)控以及細胞膜上受體-配體之間相互作用調(diào)控三個方面開展,具體內(nèi)容如下:(1)制備具有單囊泡分辨率的碳纖維納米電極一直是腦科學以及神經(jīng)科學領域存在的一大挑戰(zhàn)。針對胞內(nèi)囊泡基本物理學特征,我們制備了和胞內(nèi)囊泡尺寸相匹配的具有高時空分辨率的碳纖維納米電極。通過對胞外不同活性釋放區(qū)的囊泡釋放進行實時監(jiān)測,我們實現(xiàn)了不同活性釋放區(qū)囊泡釋放模式及釋放動力學的分析研究。(2)構(gòu)筑了一種表面含有納米結(jié)構(gòu)的金花超微電極,通過調(diào)節(jié)金花電極的尺寸,實現(xiàn)了對金花電極檢測靈敏度的調(diào)控。通過比較不同尺寸金花電極的響應動力學,發(fā)現(xiàn)金花電極的響應動力學與尺寸無關(guān)。此外,金花表面的特有的納米結(jié)構(gòu)有效的提高了金花電極的抗干擾性,在含有抗壞血酸的體系中實現(xiàn)對多巴胺的選擇性檢測。(3)如何提高探針在復雜體系或者活體檢測中的抗干擾性是生物傳感領域一直存在的一大挑戰(zhàn)。利用雙鏈DNA分子內(nèi)傳遞電子的特性,我們成功構(gòu)建了一種基于DNA電子傳遞的生物電子器件。該生物電子器件在復雜體系中的DNA雜交動力學和信號穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)良的抗干擾性能。同時,該生物電子器件具有很好普適性。我們利用該生物電子器件實現(xiàn)了對DNA和小分子的活體檢測和代謝動力學分析。(4)發(fā)展了一種通過PSA結(jié)合誘導DNA探針構(gòu)型變化,進一步引起界面電子轉(zhuǎn)移速率變化的傳感體系。該傳感體系良好穩(wěn)定性以及優(yōu)良特異性,保證了PSA與aptamer之間結(jié)合力的有效測定。此外,為了研究aptamer在PSA表面的結(jié)合位點情況,我們對PSA的表位進行鑒定,在此基礎上篩選出最佳的探針配對方式,構(gòu)建夾心結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對PSA的靈敏檢測。(5)細胞對DNA四面體有內(nèi)吞作用,存在一種使四面體進細胞的作用力;aptamer可以與細胞表面蛋白EpCAM的特異性結(jié)合,因此它存在一種使四面體停留在細胞膜上的作用力。為了明確到底哪一種作用力占主導,我們調(diào)控了TSP-aptamer復合體的價態(tài),通過成像以及統(tǒng)計分析復合體在胞內(nèi)和細胞膜上的分布,實現(xiàn)了對兩種相互競爭作用力的分析。同時,我們采用aptamer與EpCAM相互作用占主導的三價的復合體實現(xiàn)了對CTC的捕獲及實際病人樣本的檢測分析。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TP212.3
【圖文】：

納米生物傳感接界面的功能調(diào)控及其在生物檢測中的應用影響的研究5。Christopher 等人采用光刻的方法制備了與單細胞陣列，通過微孔中修飾抗體，實現(xiàn)了對表達特異性抗原的單細胞崔屹等采用電子束刻蝕的方法制備了不同尺寸和不同形狀的基底，可調(diào)控的基底來培養(yǎng)細胞，發(fā)現(xiàn)不同曲率的基底可以誘導細胞表最終通過調(diào)控培養(yǎng)基底形貌實現(xiàn)對細胞膜曲率的調(diào)控7。

圖 1.2 電子束刻蝕方法制備不同尺寸納米柱研究基底對細胞膜曲率影響7。gure 1.2 Preparation of nanopillars with different sizes by electron-beam lithography usemembrane curvatures that induced by the substrate7.1.2 電沉積方法構(gòu)建傳感基底相比于刻蝕方法，電沉積更容易實現(xiàn)對傳感基底的調(diào)控，一般通過控制電組成，施加電壓以及沉積時間等條件就可以靈活地實現(xiàn)對基底尺寸和形貌的調(diào)前有很多課題組通過電化學方法制備各種傳感基底用于傳感檢測10-12。Kelle組通過控制電沉積溶液組成等條件構(gòu)筑了不同形貌、不同大小的金和鉑的超，并在此基礎上開展了大量工作，主要是利用 Ru(III)/Fe(III)催化體系，研究形貌金傳感基底和不同大小金基底對檢測靈敏度和響應動力學的影響，最終控傳感基底尺寸和形貌實現(xiàn)對傳感器檢測靈敏度和響應動力學的調(diào)控。此外還將該體系廣泛的應用于 DNA、小分子、蛋白以及病原體的檢測中13-22。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 黃衛(wèi)華,張麗瑤,程偉,龐代文,王宗禮,程介克;納米電極時空分辨監(jiān)測單個PC12細胞多巴胺量子釋放[J];高等學�；瘜W學報;2003年03期

本文編號：2718690