您好,欢迎来到尔游网。
搜索
您的当前位置:首页生物大分子电化学传感器的研究进展

生物大分子电化学传感器的研究进展

来源:尔游网
第38卷3期 201 5年5月 安徽师范大学学报(自然科学版) Journal of Anhui Normal University(Natural Science) V_o1.38 NO.3 May.201 5 DOI:10.14182/了.cnki.1001—2443.2015.03.009 生物大分子电化学传感器的研究进展 路 勇, 朱思维, 宋晶晶, 黄勤安, 尉 艳 (皖南医学院基础医学院,安徽芜湖241000) 摘 要:生物大分子电化学传感器是围绕生物大分子的检测分析研究而开发出来的一系列电化学 传感器,在这些传感器中尤其是以纳米间隙电化学传感器性能最为优异,在实际的检测研究中表现 出超高灵敏度、微型化、较好的选择性、所需检测样品少、检测速度快、非常便捷等明显优势,因而受 到了研究人员的极大关注.本文简单介绍了生物大分子电化学传感器的原理、分类、加工技术及特 点,着重分析了间隙电化学传感器较比常规电化学传感器所具备的优越特点.综述了近十年来生物 大分子的检测研究进展,特别是纳米间隙电化学传感器在生物大分子检测研究中的应用,并对生物 大分子电化学传感器的研究扣开发进行展望. 关键词:生物大分子;电化学传感器;生命分析;纳米间隙电极;生物芯片 中国分类号:TP212.3 0657.1文献标志码:A文章编号:1001—2443(2015)03—0254—06 生物大分子是生物体内具有生物活性和复杂空间结构的各种分子量在一万或数万左右的生物有机分 子,包括蛋白质、核酸、多糖等.生物大分子具有特定的生化结构(组成、序列和构象)、分子量大、结构复杂等 特点,这些特点也决定了他们具有特定的生物活性以及在生物体中发挥着重要的生命功能,如维持生物的新 陈代谢、遗传信息的传递、生长发育的调节、提供重要的免疫功能,同时也是一些疾病和生命特征的信号标 志.由于生物大分子所体现出来的重要生命功能,因此人们对生物大分子的研究也一直在延续和发展,其中 一项研究就是生物大分子的检测,特别是在临床免疫、血液细胞,和分子生物学方面的检测研究.通常的检测 方法有电分析化学检测方法、分子生物学检测方法(如实时荧光定量RT.PCR、流式细胞术等)、免疫学检测 方法(如酶联免疫吸附剂测定法.ELISA等)、光谱法、荧光共振能量转移技术等,其中电分析化学检测方法由 于近年来新型电分析化学技术的出现以及各种性能优越的生物大分子电化学传感器的研发和应用,使得它 成为生物分子检测研究的热点. 在生物大分子电化学传感器的研发过程中,各种纳米材料的注入和纳米加工技术的发展为生物传感器 的发展提供了新的动力,很大程度上推动了生物大分子电化学传感器技术的飞速发展,也使得它在灵敏度的 提高和集成化、微型化发展方面取得了长足的进步[1-2].其中通过纳米材料加工技术制备出来的多种纳米 间隙电化学传感器则表现出更为优越的性能,呈现出检测限更低、灵敏度更高、体积更小、易于开发成生物芯 片等优异性能,为生物大分子的痕量检测提供了一条新的思路. 本文对生物大分子电化学传感器及其在生物大分子检测方面的具体应用研究进行了综述. 1 生物大分子电化学传感器 生物大分子电化学传感器是以生物分子作为敏感元件,以各类电极作为信号转换元件,来测量电极在电 解质溶液中电化学特征检测信号(电流、阻抗等)变化的传感器.根据电化学传感器的结构类型可分为常规电 化学传感器和间隙电化学传感器,其中间隙电化学传感器又可分为微米间隙电化学传感器和纳米间隙电化 学传感器. 收稿日期:2015一O3—25 基金项目:2014高校优秀青年人才支持计划. 作者简介:路勇(1989一),男,汉。安徽宿州人,硕士研究生,研究方向为生物分柝化学.通讯作者:尉艳(1977一),女,教授。安徽芜湖人,研究方 向为生物传感. 弓l吊格式:路勇,朱思维,宋晶晶,等.生物大分子电化学传感器的研究进展【j].安徽师范大学学报:自然科学版,2015,38(3):254—259. 38卷第3期 路勇,朱思维,宋晶晶,等: 生物大分子电化学传感器的研究进展 255 1.1常规电化学传感器 常规电化学传感器就是已经被广泛使用的、具有常规形态的电化学传感器,如玻碳电极传感器、金电极 传感器、银电极传感器等.常规电化学传感器具有工作面积大、导电性能强、化学及电化学稳定性较高、经抛 光清洗后可反复使用、可适用于较宽的电势窗等优点.因此,裸常规电化学传感器和经过改造之后的常规电 化学传感器在传感器研究领域被非常广泛的使用. ’ 裸常规电化学传感器通常会经一些高分子聚合物膜(如 聚一甲苯胺蓝O、聚2,6一吡啶二胺)、具有特殊结构的大分子 化合物(如环糊精、冠醚、朴啉)和具有优越性能的纳米材料 (如碳纳米管、纳米金、纳米银、纳米金属氧化物)等修饰,来 提高它的检测灵敏度、改善它的选择性和扩大它的适用性. AD 例如,Ya—li Yuan等研究人员以金电极传感器为基础电极,结 ‘ -_ NADH 合氨基功能化纳米二氧化钛(Nano—TiOz)的覆盖,通过戊二 醛将IgG抗体与电极连接,利用生物素.链霉亲和素的结合 以及双酶底物循环制备出一种用于IgG检测分析的生物亲 -o一 。静 。 和性电化学传感器(如图1所示) J. Jin—fen Wang等针对人绒毛膜促性腺激素(HCG)的免 图1 IgG生物亲和性电化学传感器的装配过程示意图 疫检测,成功研制出一种新颖的基于金纳米颗粒和聚2,6.吡 啶二胺(PPA)/多壁碳纳米管复合物的电化学生物传感器L4 J.由于PPA和多壁碳纳米管的协同效应,以及 GNP的独特性质,该传感器显示出相对较低的检测限0.3mlUmL_。,以及良好的稳定性和可重复性. 然而常规电化学传感器所具有的体积较大、工作面积大的特点,也成为了它在电极微型化发展过程中的 一个缺点,虽然经一些性能优越的活性材料修饰改造后,一定程度上提高了它的检测性能,但在传感器芯片 的研制方面,特别是在生物传感器芯片的研制方面,并不能发挥它的作用. 1.2间隙电化学传感器 间隙电化学传感器不同于常规的电化学传感器,它是由一个或者多个电极对/电极阵列构成,电极对/电 极阵列之间具有一定尺寸的电极间隙,电极间隙尺寸一般较小(常为微米级和纳米级).根据间隙尺寸的大 小,通常将间隙电化学传感器分为微米间隙电化学传感器和纳米间隙电化学传感器. 1.2.1 间隙电化学传感器的加工微米间隙电化学传感器是电极间隙尺寸大小为微米级的间隙电化学传 感器,在各种微米间隙电化学传感器中,较为常见的是微阵列电极中的微型又指阵列电极(Interdigitated array microelectrodes) 】.此类电极常用的加工技术为光刻技术,它是制作微纳米结构材料的核心加工技术, 并且是一种可以进行大规模生产的微结构加工技术.但是此种技术由于掩膜版的制作间隙尺寸很难达到纳 米级,最小只能做到亚微米量级,因此无法用于纳米间隙电极的普遍加工. 纳米间隙电化学传感器是指电极间隙尺寸大小达到纳米级(100nm以内)的间隙电化学传感器.由于普 通的加工技术元法做到纳米级别,因此纳米间隙电极的制作对电极加工技术有较高的要求,但随着近些年材 料加工技术的发展,为纳米间隙电化学传感器的制作提供了一些有效的构建手段.如电子束刻蚀法、原子力 显微镜纳米刻蚀法、接点断裂法、电子迁移法、碳纳米管掩模法、选择性化学沉积与光刻工艺相结合的方法、 及纳米材料在电极间隙中自组装的方法等. 1.2.2间隙电化学传感器的特点 与常规电化学传感器相比,间隙电化学传感器用于生物大分子的检测研 究具有以下优势:(1)电极对/电极阵列的尺寸及其间隙尺寸通常为微米级或纳米级,使其检测灵敏度明显提 高,并且尺寸较小的纳米间隙电化学传感器,则具有更高的检测灵敏度和更加优越的检测性能;(2)间隙电化 学传感器的工作面积较小,这既易于实现传感器的微型化,也可以减少检测样品的使用量;(3)间隙电化学传 感器有利于构建无标记型电化学传感器,可以免去酶、荧光、放射性物质等的标记,从而简化检测步骤,缩短 检测耗时,降低检测成本. 1.3生物大分子电化学传感器的应用 近年来,针对不同生物大分子的电化学检测一直都是生命分析领域的研究热点,通常生物大分子可分为 核酸、蛋白质、糖、脂以及它们的复合物,如DNA、酶、激素、生长因子、免疫球蛋白、肿瘤标志物及一些其它的 38卷第3期 路勇,朱思维,宋晶晶,等: 生物大分子电化学传感器的研究进展 259 [1O]AHN J,LEE T H,Ll T H,et a1.Electrical Biosansors and Bioelectronics。2011,26:4690—4696. based on a submieron.gap interdigitated electrode and gold enhancement[J] OHNO R,OHNUKI H S,WANG H H,et a1.Electrochemical impedance spectroscopy biosensor with interdigitated elctreode for detection of humanimmunoglobulinA[J].Biosensors andBioeleetronies 2013,40:422~426. ROY S,CHENX J,LIMH,et a1.Mass.produced nanogap sensor arraysforultrasensitive detection ofDNA[J].AmChem Soc,2009,131: 12211—12217.  M Q,JEONG K H,LEE L P.Theoretical and experimentM study towards a nanogap dielectric biosensor[J].Biosensors and [13] YIBioelcteronics,2005,20:1320~1326. KONG Jinming。FERHAN A R,CHEN Xintaong,et aI.Polysaccharide templated s ̄ver nanowire for ultrasensitive electrical detection of nudeie acids[J].Analytical Chemistry,2008,80:7213—7217. FANG C,FAN Y,KONG J M,et a1.Electrical detection of oligonucleotide using an aggregate of gold nanoparticles as a conductive tag[J]. naAlytical Chemistry,2008,80:9387—9394. Advances in Biological Macromolecules Electrochemical Sensor LU Yong, ZHU Si—wei, SONG Jing—jing,HUANG Qin・an, WEI Yan (Basic Medicine College,Wannan Medical College,Wuhu 241000,China) Abstract:Biological macromolecules electrochemical sensors are a series of electrochemical sensors which are developed to detect the biological macromolecules.The nano—gapped electrochemical sensor is most outstanding of them.Due to the high sensitivity,miniaturization,better selectivity,small test sample,test speed,very convenient and other obvious advantages,it has caused the extensive concern and researth.This review briefly introduced the principle,classification,processing techniques and features of biological macromolecules electrochemical sensors and mainly analyzed the superior features of the gap electrochemical sensors in comparion wisth the conventional electrochemical sensor.The detection of biological macromoleculs ien recent ten years was summarized and the applications of the nano-gap electrochemical sensors at the biological macromolecules detection were focused.The development of the biological macromolecules electrochemical sensors was also discussed. Key words:biological macromolecule;electrochemical sensor;life analysis;nano-gapped electrodes;biochip * * * .16 * * (上接第253页) Fluorescent Graphene Quantum Dot Nanoprobes for the Sensitive and Selective Detection of Phosphate ZHUO Shu—juan,CHEN Lu—yang,ZHANG Yong-jun,JIN Guang—xia (College of Chemistry and Materials Science,Anhui Normal University,Wuhu 241000,China) Abstract:Graphene quantum dots(GQDs)were prepared by ultrasonic route and served as a highly selective water-soluble probe for sensing of phosphate.The fluorescence of GQDs with emission wavelength at 407nm was quenched by rare earth ion,europium(Eus )in proper concentration.With phosphate added gradually,Eu3 ion progressively released from carboxylate modified GQDs and combined with phosphate.Concomitantly,the lfuorescence intensity is recovered.The restored fluorescence is proportional to the concentration of phosphate. The linear range for the detection of phosphate was 8.0 x 10~to 9.0 x 10一 mol/L with a detection limit of 1. 0×10~mol/L.In addition,the constructed sensor with simple,sensitive and cost—effective properties makes it valuable for further application. Key words:phosphate;sensor;graphene quantum dots;fluorescence 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- axer.cn 版权所有 湘ICP备2023022495号-12

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务