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电化学酶与DNA传感器的制备及相关生物物质固定化技术研究

作　者: 王志杰
导　师: 俞汝勤
学　校: 湖南大学
专　业: 分析化学
关键词: 电化学生物传感器纳米颗粒无机-有机复合膜生物材料固定酶抑制剂酶传感器酶联免疫传感器 DNA传感器
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

电化学生物传感器是基于生物识别的高度专一性发展起来的一种分析技术,具有选择性好、灵敏度高、分析快速、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续监测的特点,在环境监测、临床诊断、农残分析、食品药品工业等领域具有广泛的应用前景。在电化学生物传感器的研制中,一个关键的技术就是如何将生物材料稳定、高活性地固定到基体电极表面,构成生物传感器的敏感膜。针对生物传感器固定技术中存在的问题,本研究工作致力于发展新型生物材料固定方法,以达到改进固定生物材料性能、延长传感器使用寿命等目的,本论文主要研究工作包括:1.在第2章中,报道了一种新型脲酶传感器。以胺化PVC(PVC-NH2)作基质的PVC膜pH电极为原电极,首先采用戊二醛将伴刀豆球蛋白交联到pH电极上,再利用伴刀豆球蛋白(Con A)与糖蛋白间的特异性识别作用,将Con A和酶表面的麦芽糖残基结合采用交替沉积Con A和脲酶进行多层酶膜的组装,电极在尿素浓度为6.9×10-5 ~1.0×10-3mol L-1范围,响应电位与尿素浓度的对数值间呈线性关系,检测下限为4.5×10-5 mol L-1。与戊二醛交联固定酶法比较,Con A能较好的保持酶的活性。传感器用于牛奶中尿素回收率的测定,结果令人满意。2.重金属离子对脲酶的抑制作用是不可逆的,因此基于对脲酶抑制来检测汞离子的传感器在多次与抑制剂接触后,很难使用再生溶液将脲酶的活性完全恢复,有必要研究一种可更新的脲酶传感器。在第3章中,提出了一种基于自组装纳米金的可更新的抑制型汞离子传感器,其基础电极为胺化-聚氯乙烯(PVC-NH2)膜pH电极。首先将纳米金组装在含有中性载体DAMAB的PVC-NH2膜表面,然后通过化学吸附作用将脲酶固定在纳米金上制得脲酶电极并用于检测汞离子。电极对汞离子响应的线性范围为0.09 ~ 1.99μmol L-1,检测下限为0.08μmol L-1。自组装固定的一个有利之处就是在传感器表面被Hg2+变性的失活酶层和纳米金层能通过强酸强碱溶液去除干净,并可重新进行下一循环的酶自组装。3.在第4章中,首次研制出一种基于纳米ZnO/壳聚糖有机-无机复合膜作为固定基质的电化学酶联免疫生物传感器。该复合膜结合了无机材料纳米ZnO和有机材料壳聚糖的优点。抗体的固定基于纳米ZnO的吸附作用,因此避免了化学损伤。为了考察方法的可行性,选用羊抗人IgG和人IgG为模型,HRP为酶标记物,检测人IgG。通过扫描电镜观察到纳米ZnO/壳聚糖膜呈多孔状,纳米颗粒有效地增加了电极的面积,使抗体高效地固定在电极表面。其线性范围为

全文目录

学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-24
  1.1 概述  13-15
    1.1.1 生物传感器基本工作原理  13
    1.1.2 生物传感器的分类  13-14
    1.1.3 生物传感技术中生物组分的固定化方法  14-15
  1.2 电化学酶传感器  15-17
    1.2.1 电位型酶电极  15
    1.2.2 电流型酶电极  15-16
    1.2.3 酶生物传感器的三个发展阶段  16-17
    1.2.4 酶传感器用于环境毒物分析  17
  1.3 电化学免疫传感器  17-21
    1.3.1 免疫分析定量方法  18-19
    1.3.2 电位型免疫传感器  19
    1.3.3 电流型免疫传感器  19-20
    1.3.4 电导型免疫传感器  20
    1.3.5 电化学免疫传感器的应用  20-21
  1.4 电化学基因传感器  21-23
    1.4.1 DNA 电化学传感器的原理  21
    1.4.2 电化学DNA 传感器中的杂交指示方法  21-22
    1.4.3 DNA 电化学传感器的应用  22-23
  1.5 本研究工作的构想  23-24
第2章伴刀豆球蛋白为固定基质的脲酶生物传感器  24-32
  2.1 引言  24
  2.2 实验部分  24-25
    2.2.1 仪器与试剂  24-25
    2.2.2 PVC 膜pH 电极的制备及使用  25
    2.2.3 脲酶电极的制备  25
    2.2.4 实验方法  25
  2.3 结果与讨论  25-31
    2.3.1 PVC 膜pH 电极的响应特性  25-26
    2.3.2 Ca~(2+)和 Mn~(2+)对伴刀豆球蛋白的活化  26-28
    2.3.3 组装膜层数的影响  28
    2.3.4 与戊二醛交联固定酶法的比较  28
    2.3.5 电极的响应性能  28-30
    2.3.6 重现性及寿命  30
    2.3.7 回收率实验  30-31
  2.4 小结  31-32
第3章基于自组装纳米金的可更新尿素生物传感器对汞离子抑制剂的测定  32-43
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验部分  33-35
    3.2.1 仪器与试剂  33
    3.2.2 PVC 膜pH 电极的制备及使用  33
    3.2.3 纳米金的制备  33-34
    3.2.4 基于纳米金自组装的脲酶的固定  34
    3.2.5 基于共价键和脲酶的固定  34
    3.2.6 分析程序  34-35
  3.3 结果与讨论  35-42
    3.3.1 纳米金的形态  35-36
    3.3.2 纳米金尺寸对尿素传感器响应的影响  36-37
    3.3.3 不同固定化方法的比较  37
    3.3.4 脲酶修饰电极的响应特性  37-40
    3.3.5 传感器的再生  40-41
    3.3.6 重现性和寿命  41
    3.3.7 干扰  41
    3.3.8 应用  41-42
  3.4 小结  42-43
第4章基于壳聚糖/纳米 ZnO 有机-无机复合膜固定基质的安培型人 IgG 传感器的研制  43-50
  4.1 引言  43-44
  4.2 实验部分  44-45
    4.2.1 试剂与溶液  44
    4.2.2 仪器  44
    4.2.3 壳聚糖/ZnO 溶液的制备  44
    4.2.4 免疫传感器的制备  44-45
    4.2.5 电化学测定  45
  4.3 结果与讨论  45-49
    4.3.1 纳米ZnO/CHIT 复合膜的表面形态  45
    4.3.2 免疫传感器的电化学特性  45-46
    4.3.3 非特异性吸附  46-47
    4.3.4 实验参数的优化  47-48
    4.3.5 校正曲线  48-49
    4.3.6 免疫传感器的重复性和回收率  49
  4.4 小结  49-50
第5章基于辣根过氧化物酶标记的结肠癌 DNA 传感器的研究  50-59
  5.1 引言  50-51
  5.2 实验部分  51-53
    5.2.1 仪器与试剂  51
    5.2.2 HRP 标记的DNA 检测探针的制备  51
    5.2.3 DNA 捕获探针在金电极上的固定  51-52
    5.2.4 目标DNA 的测定  52
    5.2.5 电化学检测  52-53
  5.3 结果与讨论  53-58
    5.3.1 电化学测定原理  53-54
    5.3.2 实验参数的优化  54-56
    5.3.3 校正曲线  56
    5.3.4 电极的选择性  56-57
    5.3.5 电极的再生  57-58
    5.3.6 电极的重现性  58
  5.4 小结  58-59
第6章碳纳米管/纳米ZrO_2/壳聚糖复合膜修饰电极检测DNA 杂交  59-67
  6.1 引言  59-60
  6.2 实验部分  60-61
    6.2.1 仪器与试剂  60
    6.2.2 纳米ZrO_2 的改性处理  60
    6.2.3 CNTs 的纯化  60-61
    6.2.4 壳聚糖/改性 ZrO_2/CNTs 膜液的制备  61
    6.2.5 DNA 生物传感器的制备  61
    6.2.6 目标DNA 的测定  61
  6.3 结果与讨论  61-66
    6.3.1 不同膜组分的电化学特性  61-63
    6.3.2 实验参数的优化  63-64
    6.3.3 校正曲线  64-65
    6.3.4 电极的选择性  65-66
    6.3.5 电极的重复性  66
  6.4 小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-84
附录A 攻读学位期间发表的学术论文  84-85
致谢  85

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