基于希瓦氏菌反向电子传递的全细胞生物电化学传感器的构建、原理及其应用研究

发布时间：2017-07-26 12:22

  本文关键词：基于希瓦氏菌反向电子传递的全细胞生物电化学传感器的构建、原理及其应用研究

  更多相关文章： 生物传感器 希瓦氏奥奈达金属还原菌 反向电子传递 富马酸 核黄素 硝酸盐 亚硝酸盐

【摘要】：生物传感器由于具有选择性强、灵敏度高、操作简单、成本低、应用范围广等特点,已成为国内外竞相研究的热点,并被列为生物技术产业的关键技术。生物传感器按识别元件分类主要包括酶传感器、细胞传感器、组织传感器、全细胞传感器等。与其它类型生物传感器相比,全细胞生物传感器成本低、操作简便、能够提供生物利用度信息,因而具有较大优势。但是,当前全细胞生物传感器通常以荧光、酶活等作为输出信号,需要借助复杂或昂贵的仪器进行检测,增加了其使用成本、限制了其应用范围。因此,本研究拟基于电活性微生物的胞外电子传递特性,克服当前全细胞生物传感器的缺点,开发直接以电流作为输出信号的全细胞生物电化学传感器平台,并应用于重要环境及健康标志物的生物检测。本文利用希瓦氏奥奈达金属还原菌(Shewanella oneidensis MR-1),采用三电极系统,基于希瓦氏菌中反向电子传递机理,构建了新型全细胞生物电化学传感器平台,分析了电子受体、电子中介体与细胞色素蛋白对反向电子传递效率的影响规律;探究了该平台用于定量检测电子受体类分子的可行性,分析了其检测原理,开发了富马酸、硝酸盐和亚硝酸盐的生物电化学检测新方法;进一步,研究了利用该平台定量检测电子中介体类分子的可行性,开发了核黄素的生物电化学检测新方法。本论文的主要研究成果归纳如下:1)基于S.oneidensis MR-1反向电子传递过程,利用三电极系统,成功构建了新型全细胞生物电化学传感器平台,该平台以电活性微生物细胞作为待测物识别和信号转换元件,以便于直接定量测定的电流信号作为输出信号,操作简便、仪器需求简单,为全细胞生物传感器的设计提供了新的思路。2)利用该生物传感器平台,建立了基于微生物反向电子传递过程定量检测微生物电子受体类分子的新策略:一方面,开发了富马酸(一种癌症标志物和食品霉变标志物)的新型生物电化学检测方法,该方法具有检测浓度范围宽(2?M到10m M),检测限低(LOD(S/N=3)和LOQ(S/N=10)分别是为0.83?M和1.2?M),并具有很强的专一性、稳定性、重复性,同时成功应用于苹果汁、鼠肾等真实样的检测;另一方面,开发了重要环境污染物硝酸盐和亚硝酸盐的新型生物电化学检测方法,其LOD(S/N=3)分别达到41.5 n M和40 n M。3)进一步,以该生物传感器平台为基础,建立了基于微生物反向电子传递过程定量检测微生物电子中介体类分子的新策略:开发了核黄素的新型生物电化学检测方法,探讨了以核黄素加入后反向电流增加值作为输出信号,利用安培法定量检测核黄素,LOD(S/N=3)为1.3n M,且成功用于奶粉、维生素片以及尿液中核黄素的检测。
【关键词】：生物传感器 希瓦氏奥奈达金属还原菌 反向电子传递 富马酸 核黄素 硝酸盐 亚硝酸盐
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景12
• 1.2 生物传感器概述12-16
• 1.2.1 生物传感器的结构与原理12-13
• 1.2.2 生物传感器的分类13-14
• 1.2.3 生物传感器的特点14-15
• 1.2.4 生物传感器的发展15-16
• 1.3 反向电子传递16-19
• 1.3.1 反向电子传递概念16-17
• 1.3.2 反向电子传递研究现状17-18
• 1.3.3 希瓦氏菌属18-19
• 1.4 生物传感器的应用领域19-21
• 1.4.1 环境监测19
• 1.4.2 食品分析19-20
• 1.4.3 生物医学20-21
• 1.4.4 军事领域21
• 1.5 研究内容和意义21-22
• 第二章 基于微生物反向电子传递过程的全细胞生物电化学传感器的构建及原理22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验材料23-25
• 2.2.1 试剂23-24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 生物传感器反应装置所用材料24-25
• 2.3 实验方法25-27
• 2.3.1 碳布的预处理25
• 2.3.2 生物传感器缓冲液的配制25
• 2.3.3 S. oneidensis MR-1 及突变株的培养25-26
• 2.3.4 三电极系统的构建26
• 2.3.5 生物电化学传感器系统的建立26-27
• 2.3.6 电化学测定27
• 2.4 实验结果与讨论27-32
• 2.4.1 新型传感器平台构建及优化27-28
• 2.4.2 电子受体对反向电子传递效率的影响分析28-29
• 2.4.3 电子中介体对反向电子传递效率的影响分析29-30
• 2.4.4 细胞色素蛋白对反向电子传递效率的影响分析30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 利用新型全细胞生物电化学传感器检测电子受体类分子的研究34-52
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验材料35-36
• 3.2.1 试剂35
• 3.2.2 实验仪器35-36
• 3.2.3 真实样品来源36
• 3.3 实验方法36-37
• 3.3.1 S. oneidensis MR-1 的培养36
• 3.3.2 真实样品的处理36-37
• 3.3.3 样品中富马酸及琥珀酸含量的检测37
• 3.3.4 亚硝酸盐含量的检测37
• 3.3.5 生物传感器系统的建立37
• 3.3.6 电子受体的检测37
• 3.4 实验结果与讨论37-49
• 3.4.1 新型生物传感器检测电子受体类分子原理分析37-39
• 3.4.2 新型生物传感器定量检测富马酸及其检测性能分析39-45
• 3.4.3 新型生物传感器定量检测硝酸盐45-47
• 3.4.4 新型生物传感器定量检测亚硝酸盐47-49
• 3.5 本章小结49-52
• 第四章 利用新型全细胞生物电化学传感器检测电子中介体类分子的研究52-66
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验材料53
• 4.2.1 试剂53
• 4.2.2 实验仪器53
• 4.2.3 真实样品来源53
• 4.3 实验方法53-55
• 4.3.1 S. oneidensis MR-1 的培养53-54
• 4.3.2 实际样品的处理54
• 4.3.3 生物传感器系统的建立54
• 4.3.4 电化学测定54
• 4.3.5 真实样品中核黄素含量的测定54-55
• 4.4 实验结果与讨论55-64
• 4.4.1 新型生物传感器检测核黄素原理分析55-57
• 4.4.2 新型生物传感器定量检测核黄素57-60
• 4.4.3 新型生物传感器检测核黄素性能分析60-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-77
• 在校期间发表的学术论文及其它科研成果77-78

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