电化学生物传感器是常用的生命分析化学方法之一,它具有分析灵敏度高、操作简单、检测成本低、易微型化等优点。开发超灵敏的电化学生物传感器用于测定与疾病相关的蛋白质,在医学诊断和研究领域内非常重要。核酸适配体具有合成成本低、结合能力强和信号传导简便的优势,因而可作为生物识别元件,应用在电化学生物传感器中。基于丝网印刷电极的分析方法具有成本低、灵敏度高、重现性好、可批量化生产的优点,能够满足快速现场分析测定的要求。将基于纳米材料的信号放大策略和电化学生物传感技术相结合是近年来的研究前沿之一。金属纳米颗粒显示出了卓越的物理和化学属性,其中纳米银颗粒具有独特的光学、电学、化学和催化性质,因此在化学和生物医学领域得到了广泛的应用。本论文以丝网印刷电极为检测平台,对纳米银的生物功能化和电化学检测进行了研究。发展了一些基于纳米银与核酸适配体探针的电化学生物传感器,实现了对生物标志物的分析。主要研究成果如下:1.微型丝网印刷电极-多孔板适配体传感方法的研究在本章中,我们设计了一种微型丝网印刷电极和多孔板的检测方法,基于纳米银颗粒(AgNPs)催化银增强,构建了电化学核酸适配体传感器对血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB)进行测定。将生物素修饰的核酸适配体固定至链霉亲和素包裹的孔板中,以巯基核酸适配体功能化的AgNPs作为探针。在三明治型的夹心反应后,利用AgNPs催化效应进行银增强反应,在体系里形成了大量的银沉积物。随着酸溶解生成的银沉积物后,采用方波阳极溶出伏安法对释放出的银离子定量测定。银的电化学溶出峰与PDGF-BB的浓度相关,在优化的实验条件下,分析方法对PDGF-BB的测定结果良好,线性范围为3.12ngmL-1—200ng mL-1,检测限为1.23 ng mL-1。所开发的传感策略可用于临床医学中特异性、高灵敏的生物标志物的检测。2.纳米银/墨烯复合材料的制备及在电化学核酸适配体传感器中的应用研究在本章中,通过自组装的方法合成了纳米银和石墨烯的纳米复合材料(AgNPs/graphene),并用链霉亲和素(Streptavidin,SA)进行功能化。SA-AgNPs/graphene被用作电化学标记物,用于对免疫球蛋白E(Immunoglobulin E,IgE)的三明治型电化学传感测定。巯基修饰的IgE核酸适配体被固定在纳米金修饰丝网印刷电极表面,用于捕获目标蛋白IgE。生物素化的IgE抗体与SA-AgNPs/graphene相互作用后,所得到的复合物在传感器中被用作检测探针。在传感器的测定过程中,以石墨烯负载的纳米银的电化学溶出信号作为检测信号,可实现IgE的定量测定。结果表明,所开发的电化学核酸适配体传感器检测IgE的线性范围为10—1000 ng mL-1,检测限低至3.6 ng mL-1。本章所提出的电化学核酸适配体传感器也可用于其他蛋白质的灵敏、快速测定。3.基于纳米银聚集的信号放大策略在电化学核酸适配体传感器中的应用研究在本章中,基于DNA杂交诱导纳米银聚集和示差脉冲阳极溶出伏安法对银的测定,我们构建了一种适用于电化学核酸适配体传感器的信号放大策略。将能够特异性捕获PDGF-BB的巯基核酸适配体固定在纳米金颗粒修饰的丝网印刷电极阵列中,在三明治型夹心反应完成之后,两种不同DNA修饰的纳米银被加入至电极表面,用以特异性的识别PDGF-BB并形成DNA现场杂交诱导的纳米银聚集。和使用单一 DNA修饰的探针相比,形成聚集物的多DNA标记的探针在对沉积于电极表面的银进行预处理后的电化学溶出信号得到了显著放大。基于此放大策略,传感器显示出较宽的线性范围和更低的检测限。通过使用丝网印刷电极阵列芯片实现了对PDGF-BB和凝血酶的同时测定。经合理设计的DNA序列用以修饰纳米银颗粒,避免了在同一芯片上不同的核酸适配体修饰电极之间的交叉干扰的出现。本章通过电极阵列同时检测两种蛋白质,可实现逻辑门的操作。所提出的方法适合于在医疗诊断中对多目标分析物的高性能分析。4.基于纳米银催化和电聚合协同信号放大策略在电化学核酸适配体传感器中的应用在本章中,我们构建了一种基于磁分离的电化学核酸适配体传感器,用以灵敏的测定PDGF-BB。在DNA杂交所产生的纳米银聚集物的催化作用下,邻硝基苯酚(o-NP)能够被NaBH4还原成邻氨基苯酚(o-AP)。反应生成的o-AP与多壁碳纳米管(MWCNTs)电化学共沉积至丝网印刷电极表面,并产生导电纳米复合物。传感器的电化学信号来自于对电极表面所形成的聚o-AP-MWCNTs薄膜直接电化学检测。在优化的实验条件下,对PDGF-BB的分析,具有较宽的线性范围(0.1 ngmL-1—100 ngmL-1)和较低的检测限(60 pgmL-1)。杂交诱导的纳米银聚集物具有良好的催化活性,同时电聚合形成的聚o-AP-MWCNTs纳米复合物具备优异的电化学性质,因此在这两者效应的共同作用下,传感器的电化学信号得到了放大。基于催化活性的AgNPs高负载量和共沉积的MWCNTs电催化能力,所提出的分析方法在临床诊断领域内有着良好的应用前景。