论文摘要
生物传感器在临床医学、环境和食品工业等方面都有重要应用,并以其体积小、选择性好、灵敏度高、检测快速方便、成本低和容易实现实时在线活体检测等优点,成为当前研究的热点之一。生物传感器以生物活性单元（如酶、抗体、核酸、细胞等）作为生物敏感基元,对目标物具有高度选择性的检测器。将生物活性单元制成敏感膜,同时又要保持生物活性单元的固有特性,是生物传感器研究的关键问题。为了提高传感器的灵敏度和稳定性,电子媒介体广泛用于在生物活性单元与电极间传递电子,通过检测媒介体电流的变化实现底物的检测。电子媒介体的引入,不仅降低了天然氧浓度的影响,提高了测定的灵敏度,还加速了电极反应,而且,采用氧化还原电位较低的电子介体,还可降低工作电位,减少干扰物的影响。二茂铁及其衍生物是小分子电子媒介体,具有高度富电子的夹心结构,热稳定性好,电化学活性和生理活性高,广泛应用于高灵敏生物传感器的构建。但该类传感器也存在缺点,如介体会发生部分溶解或因扩散而离开电极表面导致介体流失,从而影响了传感器的稳定性和使用寿命。因此,如何将二茂铁及其衍生物固定到基体电极表面,并保持其活性,是二茂铁及其衍生物修饰电极研究和开发中的重要工作。本文在二茂铁及其衍生物在电极表面的固定化,生物活性分子的固定方法以及新型生物传感界面的构建等方面进行了探索和研究。主要开展了以下几方面工作:1.采用简单、可控的原位还原法,利用荷正电的PEI与羧基化的MWNTs之间的静电吸引作用,将PEI吸附于MWNTs表面。利用PEI的还原特性,原位还原Au NPs,实现了Au NPs在MWNTs表面的有效负载,合成了MWNTs/Au NPs纳米复合材料。利用Au-S键实现了HS（CH2）6Fc在MWNTs/Au NPs纳米复合物表面的有效组装,构建了MWNTs/Au NPs/HS（CH2）6Fc复合纳米材料生物传感器。采用TEM、UV-vis、EDX、FTIR和电化学等实验对传感界面的构建过程进行了表征。结果表明,MWNTs/Au NPs/HS（CH2）6Fc复合纳米材料的合成,不仅有效防止了HS（CH2）6Fc的泄漏,还大大促进了电极表面电子的传递速率。将制备的生物传感器应用于对AA的电化学催化性能研究,结果表明,MWNTs/AuNPs/HS（CH2）6Fc修饰电极对AA的氧化具有良好的电催化能力,而且响应快速（小于3s）,灵敏度高,稳定性好,抗干扰能力强,在电分析化学和生物传感研究领域中具有良好的发展潜力。2.将合成的MWNTs/Au NPs表面氨基化,再与羧基二茂铁（FMC）通过酰胺键生成MWNTs/Au NPs/FMC复合材料;利用CS成膜性好的特点,将GOx和MWNTs/Au NPs/FMC复合材料固定于电极表面,构建无试剂葡萄糖生物传感器。通过循环伏安和计时电流法对传感器的电化学特性进行了研究。结果表明,CS为保持固定化生物分子的活性提供了生物相容微环境;复合膜中MWNTs、AuNPs和FMC的存在,极大地提高了膜的导电性和传电子能力;该传感器对葡萄糖检测的线性范围为0.01～2.5 mM,检出限为3.6μM,米氏常数为1.21 mM。3.采用交联法制备了壳聚糖-二茂铁复合材料（CS-Fc）,再将该复合材料与Au NPs和葡萄糖氧化酶（GOx）混合,通过简单、可控的一步电化学沉积法制备了CS-Fc/Au NPs/GOx复合薄膜生物传感器。考察了Au NPs、GOx含量、pH值以及电沉积时间等因素对沉积的复合膜性能的影响。采用扫描电镜（SEM）和电化学阻抗（EIS）对传感界面的构建过程进行表征。结果表明,二茂铁与CS的交联极大地改善二茂铁的溶解性,有效防止了电子介体二茂铁的流失;传感界面上Au NPs的引入,可作为酶的活性中心与电子介体二茂铁之间电子传递的“导线”,加快电子的转移速率;共沉积法得到的三维多孔结构复合薄膜具有良好的扩散传质性能,促进了传感器与检测底物的接触,提高了生物传感器的电催化活性和响应灵敏度。4.结合电沉积技术和自组装技术,先在玻碳电极表面电化学沉积CS-Fc复合膜,利用CS中带正电荷的氨基（-NH2）与Au NPs之间的吸附作用,将Au NPs固定到电极表面,再利用Au NPs对乙肝表面抗体（HBsAb）的强烈吸附,制备了CS-Fc/Au NPs/HBsAb免疫传感器。采用CV和EIS法,对电极逐层修饰过程进行表征。结果表明,CS-Fc复合膜的形成,不仅有效抑制了电子介体的流失,而且,CS-Fc电化学沉积到电极表面形成的一层均匀生物相容性多孔结构薄膜,还有效增大了电极表面进一步负载Au NPs和HBsAb的比表面积。实验还对缓冲液pH值、免疫反应孵育温度、孵育时间等免疫测定参数进行了优化选择。在优化的实验条件下,采用差示脉冲伏安法（DPV）对乙肝表面抗体（HBsAg）进行定量测定,线性检测范围为0.05～305 ng·mL-1,检出限为0.016 ng·mL-1。