發(fā)布時(shí)間：2020-07-10 19:02

【摘要】：電化學(xué)生物傳感器是把發(fā)生生物識(shí)別反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出的裝置。與其他傳感器相比,電化學(xué)生物傳感器具有選擇性好、檢測(cè)靈敏、分析速度高且成本較低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在分析化學(xué)領(lǐng)域廣受關(guān)注。另一方面,朊蛋白病是伴隨著認(rèn)知損傷、神經(jīng)功能障礙和深度腦損傷等一系列癥狀的致命性神經(jīng)退行性疾病,而朊蛋白是朊蛋白病的致病介導(dǎo)因子,體內(nèi)正常的細(xì)胞型朊蛋白經(jīng)錯(cuò)誤折疊轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)蛋白酶和熱變性具有抗性的不溶性淀粉樣蛋白導(dǎo)致朊蛋白病。朊蛋白病具有傳染性,可以在人與不同動(dòng)物物種之間傳播,變性的朊蛋白在人體內(nèi)沉積,導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)組織發(fā)生變性,最終導(dǎo)致死亡,具有極高的致死率。朊蛋白在人體內(nèi)的含量極低,因此,發(fā)展能夠快速靈敏檢測(cè)朊蛋白的傳感方法對(duì)于朊蛋白病的防治是十分必要的。本文基于納米材料具有比表面積大,活性位點(diǎn)多,易于修飾等特點(diǎn),發(fā)展了基于新型納米材料的朊蛋白電化學(xué)生物傳感器,實(shí)現(xiàn)了朊蛋白的靈敏檢測(cè),具體工作內(nèi)容如下:(1)基于鈷-鈷普魯士藍(lán)納米材料,利用普魯士藍(lán)在堿溶液中的不穩(wěn)定性制備了新型朊蛋白電化學(xué)免疫傳感器。金納米粒子修飾的鈷-鈷普魯士藍(lán)納米復(fù)合材料在作為傳感器信號(hào)源的同時(shí)也作為固定朊蛋白(PrP~C)二抗的載體。當(dāng)PrP~C存在時(shí),通過(guò)抗原抗體間的免疫反應(yīng)把二抗-鈷-鈷普魯士藍(lán)-金納米粒子引入傳感平臺(tái),形成一抗/PrP~C/二抗-鈷-鈷普魯士藍(lán)-金納米粒子的三明治結(jié)構(gòu)。加入氫氧化鉀后,鈷-鈷普魯士藍(lán)產(chǎn)生了明顯的DPV響應(yīng)電流,從而實(shí)現(xiàn)了朊蛋白的靈敏檢測(cè)。該免疫傳感器對(duì)PrP~C的檢測(cè)線性范圍為0.075 pg mL~(-1)-100 pg mL~(-1),檢測(cè)限低至0.014 pg mL~(-1),同時(shí),該傳感器也具有良好的選擇性與重現(xiàn)性。基于其簡(jiǎn)單的傳感結(jié)構(gòu)及良好的檢測(cè)性能,替換相應(yīng)的抗體,該傳感器也可應(yīng)用于致病型朊蛋白和其他蛋白的檢測(cè)。(2)基于石墨烯獨(dú)特的優(yōu)良性質(zhì)設(shè)計(jì)了新型朊蛋白電化學(xué)免疫傳感器。利用GO與適配體之間的π-π堆積作用和GO與銅離子之間的化學(xué)鍵作用從而無(wú)需標(biāo)記就把信號(hào)因子引入了傳感平臺(tái),制備了一種基于GO-Cu~(2+)的PrP~C電化學(xué)生物傳感器。通過(guò)在玻碳電極表面電沉積金納米粒子捕獲PrP~C一抗,當(dāng)PrP~C存在時(shí),固定在金納米粒子上的一抗通過(guò)抗原抗體識(shí)別作用捕獲抗原,再通過(guò)適配體與朊蛋白特異性結(jié)合反應(yīng)以及GO與適配體之間的π-π堆積作用把GO-Cu~(2+)復(fù)合材料引入傳感平臺(tái),產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)電流,實(shí)現(xiàn)了PrP~C的靈敏檢測(cè)。所制備的傳感器在對(duì)朊蛋白的檢測(cè)線性范圍為2.5 pg mL~(-1)-56.25 pg mL~(-1),檢測(cè)限低至0.42 pg mL~(-1)。同時(shí),所制備的傳感器也具有良好的選擇性與重現(xiàn)性。(3)基于CoOOH納米片良好的催化性質(zhì)設(shè)計(jì)了新型朊蛋白電化學(xué)免疫傳感器。利用CoOOH納米片與適配體間的π-π堆積作用把CoOOH-Thi復(fù)合材料引入傳感平臺(tái),制備一種基于CoOOH-Thi復(fù)合材料的新型PrP~C電化學(xué)生物傳感器。當(dāng)PrP~C存在時(shí),CoOOH-Thi復(fù)合材料被引入傳感系統(tǒng),形成一抗/PrP~C/適配體-CoOOH-Thi復(fù)合材料的三明治結(jié)構(gòu)。CoOOH-Thi復(fù)合材料在作為傳感器的信號(hào)源的同時(shí)也作為過(guò)氧化氫的催化劑促進(jìn)了電子的轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的放大。所制備的傳感器在對(duì)朊蛋白的檢測(cè)線性范圍為1.25 pg mL~(-1)-62.5 pg mL~(-1),檢測(cè)限低至0.097 pg mL~(-1)。同時(shí),所制備的傳感器也具有良好的選擇性與重現(xiàn)性。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O657.1;TB383.1
【圖文】：

光學(xué)生物傳感器、機(jī)械生物傳感器、比色生物傳感器、壓電生物傳感生物傳感器等[2]。根據(jù)國(guó)際應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的報(bào)告，目前的生物傳感分為以下兩類：（1）基于質(zhì)量的電化學(xué)和光學(xué)生物傳感的傳感器[3-5]生物催化和吸附等生物元素的傳感器[6, 7]。生物傳感器的性能通過(guò)其限、線性范圍、選擇性、重復(fù)性、對(duì)干擾的響應(yīng)等來(lái)體現(xiàn)[8]。 電化學(xué)生物傳感器1 電化學(xué)生物傳感器概述電化學(xué)生物傳感器是將生物識(shí)別元件緊密耦合到電極換能器(換能器生物識(shí)別作用產(chǎn)生的物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)換為有用的電信號(hào))的分子傳感原理如圖 1.1 所示。電化學(xué)生物傳感器一般為由兩電極體系或三電極電化學(xué)電池的一部分。典型的三電極系統(tǒng)由工作電極，參比電極和對(duì)。在電化學(xué)傳感器中，電極可以檢測(cè)存在于主體內(nèi)的材料，而不會(huì)對(duì)成任何損害，因此，與其他傳感器相比，電化學(xué)傳感器具有更顯著的

伴隨著認(rèn)知損傷、神經(jīng)功能障礙和深度腦損傷疾病。目前，已有四種朊病毒病感染人類，分勞瑟-辛克爾綜合征、致命性家族性失眠癥和庫(kù)毒疾病可以感染動(dòng)物、真菌和植物[19, 20]。朊病[21]，經(jīng)錯(cuò)誤折疊后的朊蛋白是可以形成不同構(gòu)我復(fù)制的方式進(jìn)一步誘導(dǎo)天然朊蛋白的錯(cuò)誤折PC和 PrPSc的構(gòu)象結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示)。這些錯(cuò)為非常穩(wěn)定的 β 折疊結(jié)構(gòu)[22]，其是一種對(duì)蛋白樣蛋白[23]。細(xì)胞型朊蛋白(PrPC)和不溶性淀粉疊的朊蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中擴(kuò)散，導(dǎo)致朊病同的朊蛋白病株，這些朊蛋白病株會(huì)進(jìn)一步增同的臨床表現(xiàn)來(lái)確定朊病毒病的種類，這種現(xiàn)白病株會(huì)分別對(duì)特定的細(xì)胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū) 在不同部位沉積，導(dǎo)致不同的神經(jīng)損傷，潛伏

圖 1.3 SELEX 技術(shù)原理圖[54]SELEX(指數(shù)富集的配基系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù))是提高適配體穩(wěn)定性的最好辦法，原理如圖 1.3 所示[54]，通過(guò) SELEX 可以篩選對(duì)復(fù)雜體系(如腫瘤細(xì)胞)具有高特性的適配體，目前，有很多適配體通過(guò)此方法已經(jīng)成功篩選出來(lái)。1.4.2 適配體篩選方法的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前，限制核酸適配體的應(yīng)用的原因主要有兩點(diǎn)：首先，天然核酸不具備夠高度匹配于靶分子的全部官能團(tuán)和足夠的構(gòu)象空間。也因此，目前人類蛋白中只有 30%能夠被成功匹配[55]。然而，但技術(shù)的進(jìn)步使得通過(guò)化學(xué)方法在寡核酸鏈上引入特殊的官能團(tuán)合成 DNA 成為可能，致使可用的各種適配體的數(shù)量著提高[56]。Gawande 等[57]人最近報(bào)道了這種有前景的方法的應(yīng)用研究，該研究?jī)H證明了寡核苷酸的化學(xué)修飾顯著增加了它們對(duì)目標(biāo)物的親和力、穩(wěn)定性和抑效力，而且還發(fā)現(xiàn)了具有緩慢解離速率的新型適體適體(SOMAmer)。其次SELEX 過(guò)程相關(guān)的效率較低也導(dǎo)致目前可用的適配體較少[58]。基于此，目前也[59-61]

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