纳米材料及生物纳米探针建设之电化学免疫传感机研究

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1、纳米材料及生物纳米探针建设之电化学免疫传感机研究第一章绪言1.1生物传感器的简介及发展历程生物传感器最早开始进行研究是在20世纪60年代。1962年Clark[3]等人用氧电极与葡萄糖氧化酶组合检测葡萄糖，视为最早提出的生物传感器（酶传感器）原理。1967年，Updike[4]等人报道了把和氧电极葡萄糖氧化11固定化膜组装在一起，标志了生物传感器的诞生。到20世纪70年代中期已成为电分析化学和电化学的前沿领域。为了规范该领域，近来国际理论和应用化学联合（IUPAC)对生物传感器的定义为：一个生物传感器应是一个独立的、完整的装置，通过利用与换能器保持直

2、接空间接触的生物识别元件（生物化学受体)，它能够提供特殊的定量和半定量分析信息。生物传感器具有稳定灵敏、选择性好、简便快速、成本低、容易进行电学放大等优点，在环境检测、临床医学和食品检验等方面都有重要应用。1.2免疫传感器简介　　纳米材料及生物纳米探针建设之电化学免疫传感机研究第一章绪言1.1生物传感器的简介及发展历程生物传感器最早开始进行研究是在20世纪60年代。1962年Clark[3]等人用氧电极与葡萄糖氧化酶组合检测葡萄糖，视为最早提出的生物传感器（酶传感器）原理。1967年，Updike[4]等人报道了把和氧电极葡萄糖氧化11固定化膜组装在

3、一起，标志了生物传感器的诞生。到20世纪70年代中期已成为电分析化学和电化学的前沿领域。为了规范该领域，近来国际理论和应用化学联合（IUPAC)对生物传感器的定义为：一个生物传感器应是一个独立的、完整的装置，通过利用与换能器保持直接空间接触的生物识别元件（生物化学受体)，它能够提供特殊的定量和半定量分析信息。生物传感器具有稳定灵敏、选择性好、简便快速、成本低、容易进行电学放大等优点，在环境检测、临床医学和食品检验等方面都有重要应用。1.2免疫传感器简介免疫传感器是生物传感器中的一种。免疫传感器的概念是由Henry[5]于1990年提出的，将特异性免疫

4、反应与高灵敏度的传感技术结合起来，用以实时监测抗原-抗体反应的生物传感器称作免疫传感器，应用于免疫原性物质的痕量分析研究。免疫传感器可以识别较大分子之间的微量差异，具有很强的的专一性。它由两个主要部分构成，一部分为免疫分子的辨认组件，此组件为生物传感器信号接收或产生部分；另一部分为硬件仪器组件，主要是物理信号转换组件。免疫传感器原理是固相免疫测试法，即将抗原或抗体固定在固相支持物表面，来检测样品中的抗原或抗体。由于抗体与抗原的结合具有很高的特异性，所以免疫传感器具有很高的准确性和宽广的检测范围，这主要归结于它能够减少非特异性的干扰。免疫传感器不同于酶

5、传感器的最大的优势就是它不仅可以检测出酶等蛋白质，而且还可以有选择性检测出蛋白质或肽等高分子。1.3电化学免疫传感器简介电化学免疫传感器是免疫传感器其中的一种，就是以电化学电极作为换能器的免疫传感器。电化学免疫传感器是基于抗原-抗体的特异性免疫反应，可以进行特异性的半定量或定量分析的自给式的集成器件，其中抗体/抗原是分子识别元件，依据不同的电化学信号就有不同的检测结果。电化学免疫传感器灵敏度高，操作简捷，测试费用低、易微型化、适用于联机化可在浑独或有色溶液中测量、并且有望实现在线检测等。根据检测的信号不同，电化学免疫传感器分为电位型、电容型、电导型和

6、电流型免疫传感器[6]，目前应用和研究较多的是电流型和电位型免疫传感器。其中的传感元件可以直接接触，通过传感元件能把某种化学物质的浓度或者其它类型的信号转变成相应的电信号。到目前为止，发展最快最精深的是电流型免疫传感器，其中有些部分已经商品化。电流型传感器是基于进行生物识别或探测化学反应中的电活性物质，给电活性物质的电子转移反应所提供的驱动力是通过固定工作电极的电位来实现，从而探测电流随时间的变化，该电流可以直接测量电子转移速度，反映了生物分子识别速度，即该电流与待测物质的浓度成正比[7，8]。此类系统有着高灵敏度，与浓度呈线性等优点，非常适合用于电

7、流型免疫化学传感器。纳米材料是由纳米粒子（nanoparticle)组成。纳米粒子一般是指尺寸在1-100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的区域，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。因此纳米材料在力学、热学、电学、磁学、光学、化学、超导性和催化等方面表现出了奇特的性质，其潜在的重要性毋庸置疑[9，10]。近年来，纳米材料作为生物分子的固载基质和传感界面的修饰材料，已经广泛应用在生物传感器的构建中，基于他们比表面积大、生物相容性好以及表面反应活性高等优点，很好的提高了传感器灵敏度和稳定性。另外，为了放大识别信号，

8、纳米材料常常作为抗体的标记材料。以纳米材料为载体将抗体和标记物制备成同时具备识别和信号放大作用的生物纳米探针