氣味結(jié)合蛋白生物傳感器研究.pdf

1、生物的嗅覺(jué)系統(tǒng)能夠靈敏、特異地檢測(cè)和識(shí)別復(fù)雜環(huán)境中痕量的氣味分子，是一種性能優(yōu)越的化學(xué)感受和檢測(cè)系統(tǒng)。在生物嗅覺(jué)的啟發(fā)下，研究者們一直致力于在體外模仿生物體的嗅覺(jué)感知能力，以期實(shí)現(xiàn)構(gòu)建高靈敏、高特異性的嗅覺(jué)生物傳感器，拓展其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)，及疾病診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展。但是，目前常用的生物敏感材料（嗅覺(jué)組織、嗅覺(jué)細(xì)胞及嗅覺(jué)受體）存在著獲取困難、活性較難保持等問(wèn)題，限制了嗅覺(jué)傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。氣味結(jié)合蛋白（odorant-bind

2、ing proteins，OBPs）作為一種胞外嗅覺(jué)蛋白，具有良好的氣味分子結(jié)合能力，同時(shí)其穩(wěn)定性較好，且易于實(shí)現(xiàn)體外表達(dá)和純化。因此，氣味結(jié)合蛋白傳感器對(duì)于嗅覺(jué)生物傳感的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。
　　本論文以中華蜜蜂氣味結(jié)合蛋白(ASP2)、桔小實(shí)蠅氣味結(jié)合蛋白（BdorOBP2），及人氣味結(jié)合蛋白(OBP2a和OBP2b)為研究實(shí)例，結(jié)合不同的電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)及生物敏感元件固定方法，完成了多種氣味結(jié)合蛋白傳感器的設(shè)計(jì)和

3、構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)信息素等氣味分子的檢測(cè)。結(jié)合電化學(xué)阻抗模型和分子對(duì)接技術(shù)，探討了氣味結(jié)合蛋白與氣味分子之間的相互作用，分析了氣味結(jié)合蛋白傳感器的應(yīng)用及發(fā)展。論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.設(shè)計(jì)并構(gòu)建了昆蟲(chóng)氣味結(jié)合蛋白傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)信息素的檢測(cè)。
　　昆蟲(chóng)具有非常靈敏的嗅覺(jué)系統(tǒng)，這與其氣味結(jié)合蛋白結(jié)合氣味分子的能力密切相關(guān)。本論文以中華蜜蜂氣味結(jié)合蛋白(ASP2)和桔小實(shí)蠅氣味結(jié)合蛋白(BdorOBP2)為研究實(shí)

4、例，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了昆蟲(chóng)氣味結(jié)合蛋白傳感器。首先成功表達(dá)和純化了這兩種氣味結(jié)合蛋白，然后利用物理吸附和層層自組裝的方法將其固定于叉指電極表面。通過(guò)電化學(xué)阻抗技術(shù)，該傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同化學(xué)信息素的檢測(cè)，而且相較于其他類型氣味結(jié)合蛋白傳感器，其具有較寬的檢測(cè)范圍、較好的檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)下限。
　　2.基于氣味結(jié)合蛋白三維結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了電化學(xué)阻抗模型，結(jié)合分子對(duì)接技術(shù)分析了氣味結(jié)合蛋白與化學(xué)信息素的相互作用。
　　基于氣味結(jié)合蛋白結(jié)合氣

5、味分子的主要場(chǎng)所是其結(jié)構(gòu)中心的疏水腔體，并且結(jié)合和釋放氣味分子的過(guò)程是需要蛋白構(gòu)象的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的這一機(jī)理，本論文構(gòu)建了昆蟲(chóng)氣味結(jié)合蛋白檢測(cè)化學(xué)信息素的電化學(xué)阻抗模型，包括蛋白骨架和中心疏水腔兩部分，進(jìn)而對(duì)氣味結(jié)合蛋白構(gòu)象改變與傳感器阻抗變化之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。同時(shí)結(jié)合分子對(duì)接的結(jié)果，分析了氣味結(jié)合蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵氨基酸殘基在結(jié)合化學(xué)信息素過(guò)程中所發(fā)揮的作用，這為研究氣味結(jié)合蛋白的特異性傳感結(jié)合能力奠定了基礎(chǔ)。
　　3.設(shè)計(jì)并

6、構(gòu)建了人氣味結(jié)合蛋白傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同鏈長(zhǎng)脂肪酸分子的檢測(cè)。
　　脂肪酸是生物體的重要組成和儲(chǔ)能物質(zhì)，也是一種重要的親脂性物質(zhì)。本論文利用人氣味結(jié)合蛋白對(duì)脂肪酸具有較好親和力的這一特性，設(shè)計(jì)了一種用于脂肪酸分子檢測(cè)的人氣味結(jié)合蛋白OBP2a傳感器。利用電化學(xué)還原的方法將氧化石墨烯還原為還原型氧化石墨烯并將其固定于印刷電極的碳工作電極表面，在增加電極導(dǎo)電性的同時(shí)，利用殘留的含氧官能團(tuán)將氣味結(jié)合蛋白固定于傳感器表面。利用循環(huán)伏安檢測(cè)

7、技術(shù)，該傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)二十二碳六烯酸、亞油酸，及月桂酸的測(cè)量。檢測(cè)結(jié)果表明人氣味結(jié)合蛋白對(duì)中、長(zhǎng)鏈脂肪酸具有較好的結(jié)合能力，可用于分析不同碳鏈長(zhǎng)的脂肪酸物質(zhì)。
　　4.利用陽(yáng)極氧化鋁納米孔陣列，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了氣味結(jié)合蛋白傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)苯甲醛、脂肪酸等分子的檢測(cè)。
　　陽(yáng)極氧化鋁納米孔陣列是一種具有納米尺寸孔道的濾膜材料，其具有比表面積大的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于溶液中目標(biāo)物質(zhì)的高靈敏檢測(cè)。本論文基于人氣味結(jié)合蛋白OBP2b對(duì)苯甲