电化学传感器具有构造简单、成本低廉、响应速度快、稳定性高等优点,被广泛地应用于分析化学领域。它不仅可用于重金属离子的检测,还可用于蛋白质、小分子、药物等的检测。近年来,研究工作者将适体引入电化学传感器,大大提高了传感器的专一性。为了追求较高的灵敏度,人们将各种纳米材料、酶等与电化学传感器结合,利用纳米材料优异的电化学性能以及酶的催化能力,放大响应信号,提高传感器的检测能力。基于不同的信号响应策略,本论文发展了几种新型电化学传感器。利用环糊精、有序介孔碳和核酸外切酶,通过不同途径实现了信号的放大,改善了传感器的性能。另外,还开发了一种全新的三信号放大策略,并成功应用于电化学适体传感器的设计中,论文的主要工作如下:(1)基于氮掺杂多孔碳纳米多面体材料,制备了一种用于锌离子分析的电化学传感器。该传感器大大提高了锌的富集效率,降低了检测限。采用方波阳极溶出伏安法进行测量,Zn的氧化峰电流与其浓度相关,表现出了良好的分析性能:宽的线性范围(10-600 nM,R2=0.9964),较低的检测限(2.6 nM)、令人满意的回收率(92-100%)以及良好的专一性和重现性。(2)基于适体-目标物-适体三明治结构,构建了一种新型的凝血酶电化学比率适体传感器。首先,标记有亚甲基蓝(MB)的第一个凝血酶适体(MB-TBA)通过与固定在电极上的DNA进行杂交,成功地将MB-TBA连接在电极表面上。随后,在该体系中加入一定量的凝血酶,凝血酶和它的两个适体之间发生特异性相互作用:一方面使得MB-TBA的构象从未折叠的构象转变成G-四链体构象,导致MB标记远离电极表面;另一方面,两端均标记了二茂铁(Fc)的凝血酶的第二个适体(Fc-TBA-Fc)与凝血酶相互作用后,形成了另外一个G-四链体构象。两个G-四链体构象的凝血酶适体和凝血酶构成了一种三明治结构。而该三明治结构和G-四链体构象产生协同效应,使得Fc-TBA-Fc两端的Fc标记均接近电极表面。Fc峰电流和MB峰电流的比值IFc/IMB的对数与凝血酶浓度的对数成线性关系。所构建的适体传感器对凝血酶具有良好的响应,较宽的线性范围(1 nM-600 nM)和较低的检测限(170 pM)。(3)基于新型蛋白质生物门调控的竞争主客体相互作用策略,构建了一种新型的朊蛋白电化学比率适体传感器。通过β-环糊精(β-CD)和亚甲基蓝(MB)之间的主客体相互作用,将MB标记的朊蛋白适体(MB-Apt)连接到多壁碳纳米管-β-CD复合物修饰的玻碳电极上。在没有朊蛋白的情况下,由于二茂铁甲酸(FCA)跟β-CD之间有较强的作用力,电极上的MB-Apt能够被FCA分子所取代。因此可以观察到FCA的氧化电流信号。随后,在该体系中加入一定量的朊蛋白,朊蛋白与适体发生特异性结合,形成了蛋白质生物门,封住了β-CD的空腔。因此,阻碍了 FCA分子取代MB-Apt,MB氧化峰电流增加,FCA氧化峰电流下降。所构建的适体传感器对朊蛋白具有良好的响应和较低的检测限(160 fM)。通过改变专一性的适体,这个策略易于用作检测其他蛋白质,在生物分析方面有潜在的应用前景。(4)基于有序介孔碳(OMC)探针、核酸外切酶Ⅲ(Exo Ⅲ)和主客体竞争作用,发展了一种新型免标记、双信号放大的电化学策略用于检测朊蛋白。将电活性的二茂铁甲酸小分子(Fc)装载在OMC的孔道中,然后用单链DNA(DNA3)将OMC的孔口封住,这样就得到了 OMC探针。在朊蛋白存在的条件下,DNA1与目标蛋白结合,打开双链DNA,从而释放出DNA2。接着,DNA2与DNA3杂交,得到一个刚性的双链DNA,而Exo Ⅲ从3 ’端开始分解DNA3并释放出DNA2。这样释放的DNA2又会与其他的DNA3杂交,从而导致越来越多的Fc被释放出来。释放出来的Fc又可以进一步作为一个β-环糊精的竞争客体去取代电极上的罗丹明B(RhB)。该方法检测朊蛋白的检出限为7.6 fM(3σ),在生物分析、疾病诊断、临床和生物医学方面具有潜在的应用价值。(5)基于新型双比率读出信号策略,开发了一种用于检测双酚A(BPA)的电化学适体传感器。巯基二茂铁标记的核酸适体探针(Fc-P)作为内标探针,与亚甲基蓝标记的DNA探针(MB-P)进行杂交,形成刚性的双链DNA。当体系中存在BPA时,BPA与核酸适体发生特异性结合,导致双链DNA解离,从而使得传感界面上的MB-P被释放出来。因此,MB的氧化峰电流急剧减小,双酚A的氧化峰电流明显增大;而由于Fc与电极表面的距离没有发生变化,Fc的氧化峰电流几乎保持不变。该传感器检测BPA的检测下限为0.42 pM,且具有良好的选择性、重现性和稳定性。通过改变特异性结合的核酸适体,该策略可以很容易地用于其他氧化还原物质的检测,在环境分析、食品安全监测和生物分析领域具有广阔的应用前景。(6)基于三信号响应策略,发展了一种新型双酚A(BPA)电化学适体传感器。首先将标记有疏基二茂铁(Fc)的抗BPA核酸适体探针(Fc-P)固定在金电极上,然后该探针与标记有亚甲基蓝(MB)的DNA探针(MB-P)互补,形成刚性双链DNA。BPA与Fc-P之间的特异性相互作用导致了双链DNA的解离和Fc-P构象改变。因此,Fc和BPA的氧化峰电流随着目标物浓度的增加而增加,遵循着“信号增加”的模式;而MB的氧化峰电流随着BPA浓度的增加而减小,遵循着“信号减小”的模式。通过将三个信号的变化值进行叠加,该传感器可实现灵敏检测BPA,线性范围为1pM到100pM,检测限是0.19pM。该传感器还具有良好的专一性、选择性、稳定性和重现性。通过改变特异性识别的核酸适体,这种策略可以很容易地用于其他氧化还原物质的检测,在环境分析、食品安全监测以及生物分析领域同样具有广阔的应用前景。