環(huán)境毒物及癌癥標(biāo)志物檢測(cè)的新型電化學(xué)生物傳感器研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量污染物的排放造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)資源破壞，使人類(lèi)的生存環(huán)境和生命健康受到威脅。另一方面，隨著人類(lèi)生活水平的提高，人們的健康意識(shí)逐漸增強(qiáng)。疾病是人體健康的主要威脅之一。疾病的早期診斷可以大大縮短治療時(shí)間，提高疾病的治愈率。環(huán)境污染和醫(yī)療水平與人體健康密切相關(guān)，成為了人們?nèi)粘Ｉ钪嘘P(guān)注的重中之重。那么，發(fā)展環(huán)境毒物與疾病標(biāo)志物的無(wú)損、快速、高靈敏分析和檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越引起研究者的關(guān)注。
　　電化學(xué)生物傳感器

2、是當(dāng)前生物傳感器發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它采用固定化生物分子或生物體作為敏感元件，以電極為換能器，通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)分析物與敏感元件反應(yīng)引起的電信號(hào)的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的分析和檢測(cè)。電化學(xué)生物傳感器將電化學(xué)強(qiáng)大的分析功能與生物識(shí)別過(guò)程的特異性相結(jié)合，具有選擇性好、靈敏度高、儀器便攜、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、生物醫(yī)藥和軍事等領(lǐng)域。本論文著力于構(gòu)建新型電化學(xué)生物傳感器，并將其應(yīng)用于環(huán)境毒物分析檢測(cè)以及癌癥標(biāo)志物的檢測(cè)。
　　

3、本論文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:
　　1.提出了一種無(wú)標(biāo)記的實(shí)時(shí)高通量細(xì)胞阻抗傳感器用于重金屬毒性的檢測(cè)方法
　　我們使用自行設(shè)計(jì)的高通量細(xì)胞阻抗傳感器及檢測(cè)儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了重金屬Hg2+、Cd2+、Pb2+的肝細(xì)胞毒性以及Zn2+對(duì)Cd2+的細(xì)胞毒性的抑制作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了Cd2+、Pb2+和Hg2+的肝細(xì)胞毒性大小、作用速度等信息。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Zn2+對(duì)Cd2+造成的細(xì)胞凋亡的拮抗程度是與Zn2+劑量有關(guān)的。一

4、定劑量的Zn2+表現(xiàn)出對(duì)Cd2+造成的細(xì)胞毒性的抑制作用，然而高劑量的Zn2+會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞毒性。Zn2+對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用可能是基于Zn2+的抗氧化特性和Zn2+占據(jù)了Cd2+在細(xì)胞上的結(jié)合位點(diǎn)。本文的結(jié)果可為Cd2+中毒的治療提供一定的參考。綜上所述，我們提供了一個(gè)高通量的化合物毒性初篩平臺(tái)，在環(huán)境毒物毒性評(píng)估和藥物篩選等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
　　2.提出了一種基于T-Hg2+-T配位的電化學(xué)DNA傳感器用于Hg2+檢測(cè)方法

5、>　　本文首先使用納米金比色法對(duì)Hg2+進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)T-Hg2+-T錯(cuò)配及其特異性進(jìn)行驗(yàn)證，然后提出一種基于T-Hg2+-T配位的電化學(xué)DNA傳感器檢測(cè)汞離子的方法。首先將含有若干個(gè)胸腺嘧啶的探針DNA通過(guò)Au-S鍵固定在電極表面，利用汞(Ⅱ)離子介導(dǎo)的T-Hg2+-T配對(duì)使得固定在電極上的探針DNA與檢測(cè)DNA發(fā)生偽雜交，從而將檢測(cè)DNA標(biāo)記的二茂鐵引入電化學(xué)體系。通過(guò)檢測(cè)DNA上二茂鐵的電化學(xué)氧化電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Hg2+的高靈敏電化學(xué)

6、檢測(cè)。應(yīng)用該方法可檢測(cè)到2.7nM的Hg2+，檢測(cè)范圍為5nM-200nM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明該傳感器對(duì)Hg2+有較好的選擇性。
　　3.研究了基于碳納米管的電化學(xué)酶?jìng)鞲衅饔糜谲浐＞d酸毒素快速檢測(cè)本文將碳納米管以鄰氨基苯酚電聚合的方法修飾在印刷電極表面，然后把蛋白磷酸酶PP2A固定在碳納米管修飾電極上。利用貝類(lèi)毒素軟海綿酸對(duì)蛋白磷酸酶PP2A的抑制作用，以p-NPP為底物，通過(guò)檢測(cè)軟海綿酸對(duì)PP2A抑制作用引起的酶催化產(chǎn)物p-NP氧化

7、電流的降低對(duì)軟海綿酸進(jìn)行分析測(cè)定。由于碳納米管具有良好的理化特性，可以顯著改善電極的電化學(xué)性能，增加電極對(duì)酶的負(fù)載量，從而得到高靈敏的檢測(cè)結(jié)果。應(yīng)用該方法可以檢測(cè)到0.67μg/L的軟海綿酸，比基于酶抑制的比色檢測(cè)法的檢測(cè)限低一個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)范圍為1μg/L-300μg/L。此外，我們將此傳感器用于加標(biāo)樣本的檢測(cè)，得到了較高的回收率。
　　4.研究了基于磁珠的電化學(xué)免疫傳感器用于軟海綿酸毒素的高靈敏檢測(cè)
　　選用羧基磁珠為載

8、體，構(gòu)建了基于競(jìng)爭(zhēng)性免疫反應(yīng)的電化學(xué)分析方法。修飾在磁珠表面的軟海綿酸與待測(cè)溶液中軟海綿酸競(jìng)爭(zhēng)性地與HRP標(biāo)記的軟海綿酸抗體發(fā)生免疫反應(yīng)。形成的磁珠復(fù)合物在磁鐵作用下被捕獲到絲網(wǎng)印刷電極的工作電極上。利用辣根氧化物酶(HRP)的催化作用，使用差分脈沖伏安法，對(duì)軟海綿酸進(jìn)行電化學(xué)測(cè)定。傳感器對(duì)軟海綿酸的檢測(cè)范圍為0.05μg/L-50μg/L，檢測(cè)下限降低到0.039μg/L。磁珠的使用使實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性降低，檢測(cè)時(shí)間縮短，也減少了樣品中

9、其它物質(zhì)對(duì)檢測(cè)的干擾。實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果表明本方法有應(yīng)用于軟海綿酸現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的潛力。
　　5.研究了一種高靈敏直接型電化學(xué)免疫傳感器用于癌胚抗原的檢測(cè)利用納米金和蛋白A作為固定抗體的雙重放大基質(zhì)。納米金比表面積大、良好的生物相容性促使更多的蛋白A吸附在電極表面。蛋白A可與抗體的Fc段結(jié)合，使抗體定向固定在電極表面。癌胚抗原與電極上癌胚抗原抗體形成的免疫復(fù)合物阻礙了氧化還原對(duì)在電極表面的電子轉(zhuǎn)移。使用循環(huán)伏安法和阻抗譜掃描法對(duì)癌胚抗原進(jìn)