三种碳基纳米复合材料构建电化学适配体与蛋白质传感器的研究与应用
发布时间：2022-01-23 07:05
电化学生物传感器是指在固体电极表面固定敏感生物分子（如适配体和蛋白质）用于特异性识别目标物并将产生的生化信号转换为可测量的电信号的分析器件。电化学生物传感器具有理论完善、设计简单、操作便捷、成本低廉、便于携带等优点,被广泛应用于生化技术、食品工业、环境分析、生物医学及临床诊断等领域。随着纳米技术与材料科学的发展,纳米生物传感技术渐渐走进了公众的视野,许多的纳米材料被用于生物传感器的研究与设计。其中,碳纳米材料因其高导电性、大比表面积以及良好的生物相容性等优点经常被选作固体电极的修饰增敏剂,旨在实现生物识别元件更大负载的同时增强电化学信号,提升电化学检测灵敏度。本论文主要围绕碳纳米纤维及其复合材料的制备与表征,电化学适配体/蛋白质传感器的构建,重金属汞离子(Hg2+)、铅离子(Pb2+)以及三氯乙酸（TCA）、溴酸钾（KBrO3）、亚硝酸钠（NaNO2）等物质的高灵敏电化学检测几方面,开展了以下工作:1.采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈纤维（PANF）,进一步通过高温碳化技术得到了碳纳米纤维（CNF）。利...
【文章来源】：海南师范大学海南省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）以氧为中继体的第一代生物传感器响应机制；（B）以氧化还原媒介体传递
海南师范大学硕士学位论文2图1-1（A）以氧为中继体的第一代生物传感器响应机制；（B）以氧化还原媒介体传递电子的第二代生物传感器响应机制；（C）酶和电极之间直接电子转移的第三代生物传感器响应机制。1.1.2电化学生物传感器的工作原理传感器是记录物理、化学或生物变化并将其转换为可测量信号的设备。它的类型和配置有很多种，但其整体结构主要由三个部分组成，如图1-2所示，（1）生物识别元件，它是固定在传感器上用于识别待测物的探针，对特定的目标物质能够作出选择性响应，避免了待测物中存在的其他样品干扰测试结果并造成误差；（2）换能器，将识别过程中发生的变化转换为可测量的信号；（3）信号处理器，用于接收信号并将其显示为能够使用的格式。此外，一些生物传感器还包括信号放大器，用以放大识别过程中产生的信号[11]。当传感器浸入待测物溶液中时，待测底物会进入传感器上的选择性识别层内部，此时生物识别元件会与之发生反应，当反应趋于稳定时，底物浓度能够以电流、电阻或电位等模式进行检测分析[12]。图1-2电化学生物传感器的组成结构示意图。1.1.3电化学生物传感器的分类生物功能作为电化学生物传感器的重要特征，主要由生物识别元件决定。因此，识别元件的不同决定了传感器的特异选择性，根据选用的识别元件（酶，蛋白质，抗体，核酸，细胞，组织或受体等），可将电化学生物传感器大致分为以下几类[12]：
海南师范大学硕士学位论文6适配体（Aptamer）是指通过使用指数富集方法（SystematicEvolutionofLigandsbyExponentialEnrichment，SELEX）从随机寡核苷酸文库中筛选得到的能够与靶标物发生特异性结合的寡核苷酸序列，该序列既可以由核糖核酸（RNA）组成，也可以由脱氧核糖核酸（DNA）组成，长度一般为25~60核苷酸[39,40]。如图1-3所示，SELEX筛选过程的主要步骤有：首先，通过化学合成的方式建立寡核苷酸文库，文库中核苷酸链两端的序列均已确定，中间片段是长度约20至40碱基随机合成的序列。其次，筛选出对靶标物具有亲和力的核酸序列，将靶标物加入到核苷酸文库中，反应一定时间后形成特定的核酸序列-靶标物复合物。再次，通过分离基质将对靶标物有亲和力的核酸序列从库中分离出来，常用的分离方法有亲和柱分离法、硝酸纤维素过滤法、微孔板分离法、电泳法、磁珠分离法等。然后，将对靶标物具有亲和力的核酸序列作为模板进行PCR体外扩增，不断重复筛选与扩增过程，直至亲和力不再变化，即可得到对靶标物具有特异性识别能力的适配体。最后，对所筛选出的适配体进行克垄测序[41,42]。图1-3SELEX技术的关键环节图解。1.2.4适配体的结构适配体的基本结构单元是核苷酸，核苷酸主要是由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成。核苷酸包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两种，分别能构成相应的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。如图1-4所示，核糖核苷酸主要由尿嘧啶（U）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）四种碱基组成。脱氧核糖核苷酸主要由胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤四种碱基组成[12]。
本文编号：3603853
【文章来源】：海南师范大学海南省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）以氧为中继体的第一代生物传感器响应机制；（B）以氧化还原媒介体传递
海南师范大学硕士学位论文2图1-1（A）以氧为中继体的第一代生物传感器响应机制；（B）以氧化还原媒介体传递电子的第二代生物传感器响应机制；（C）酶和电极之间直接电子转移的第三代生物传感器响应机制。1.1.2电化学生物传感器的工作原理传感器是记录物理、化学或生物变化并将其转换为可测量信号的设备。它的类型和配置有很多种，但其整体结构主要由三个部分组成，如图1-2所示，（1）生物识别元件，它是固定在传感器上用于识别待测物的探针，对特定的目标物质能够作出选择性响应，避免了待测物中存在的其他样品干扰测试结果并造成误差；（2）换能器，将识别过程中发生的变化转换为可测量的信号；（3）信号处理器，用于接收信号并将其显示为能够使用的格式。此外，一些生物传感器还包括信号放大器，用以放大识别过程中产生的信号[11]。当传感器浸入待测物溶液中时，待测底物会进入传感器上的选择性识别层内部，此时生物识别元件会与之发生反应，当反应趋于稳定时，底物浓度能够以电流、电阻或电位等模式进行检测分析[12]。图1-2电化学生物传感器的组成结构示意图。1.1.3电化学生物传感器的分类生物功能作为电化学生物传感器的重要特征，主要由生物识别元件决定。因此，识别元件的不同决定了传感器的特异选择性，根据选用的识别元件（酶，蛋白质，抗体，核酸，细胞，组织或受体等），可将电化学生物传感器大致分为以下几类[12]：
海南师范大学硕士学位论文6适配体（Aptamer）是指通过使用指数富集方法（SystematicEvolutionofLigandsbyExponentialEnrichment，SELEX）从随机寡核苷酸文库中筛选得到的能够与靶标物发生特异性结合的寡核苷酸序列，该序列既可以由核糖核酸（RNA）组成，也可以由脱氧核糖核酸（DNA）组成，长度一般为25~60核苷酸[39,40]。如图1-3所示，SELEX筛选过程的主要步骤有：首先，通过化学合成的方式建立寡核苷酸文库，文库中核苷酸链两端的序列均已确定，中间片段是长度约20至40碱基随机合成的序列。其次，筛选出对靶标物具有亲和力的核酸序列，将靶标物加入到核苷酸文库中，反应一定时间后形成特定的核酸序列-靶标物复合物。再次，通过分离基质将对靶标物有亲和力的核酸序列从库中分离出来，常用的分离方法有亲和柱分离法、硝酸纤维素过滤法、微孔板分离法、电泳法、磁珠分离法等。然后，将对靶标物具有亲和力的核酸序列作为模板进行PCR体外扩增，不断重复筛选与扩增过程，直至亲和力不再变化，即可得到对靶标物具有特异性识别能力的适配体。最后，对所筛选出的适配体进行克垄测序[41,42]。图1-3SELEX技术的关键环节图解。1.2.4适配体的结构适配体的基本结构单元是核苷酸，核苷酸主要是由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成。核苷酸包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两种，分别能构成相应的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。如图1-4所示，核糖核苷酸主要由尿嘧啶（U）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）四种碱基组成。脱氧核糖核苷酸主要由胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤四种碱基组成[12]。
本文编号：3603853
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