生物电化学传感器研究

1、生物电化学传感器研究摘要:生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。其工作原理是以固定化的生物成分(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原或生物体本身(如细胞、微生物、组织等为敏感材料,与适当的化学换能器相结合,用于快速检测物理、化学、生物量的新型器件。根据作为敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等。关键词:生物电化学传感器(bioelectrochemical sensor,敏感材料(senseti

2、ve material,识别系统(recognition system1.生物化学传感器基本工作原理传感器通常由敏感(识别元件、转换元件、电子线路及相应结构附件组成。生物传感器是指用固定化的生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等或生物体本身(细胞、细胞器、组织等作为感元件的传感器。电化学生物传感器则是指由生物材料作为敏感元件,电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等作为转换元件,以电势或电流为特征检测信号的传感器。由于使用生物材料作为传感器的敏感元件,所以电化学生物传感器具有高度选择性,是快速、直接获取复杂体系组成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技术、食品工业、临床检测、医药工业、生物医

3、学、环境分析等领域获得实际应用。1 敏感材料是对目标物进行选择性作用的生物活性单元。最先被使用的是具有高度选择催化活性的酶。酶或是以物理方法(包埋、吸附等,或是以化学方法(交联、聚合等被固定在化学传感器的敏感膜中,然后,以化学电极作为换能器测定酶催化目标物反应所生成的特定产物的浓度,从而问接地测定目标物的浓度。随着物理检测手段的引入,人们已成功地把抗体、DNA聚合物、核酸、细胞受体和完整细胞等具有特异选择性作用功能的生物活性单元用作了敏感材料。2 2.生物化学传感器的发展历史与现状3 1962年,Clark在纽约自然科学学会的论文集中首次提出了“在化学电极的敏感膜中加入酶以实现对目标物进行选择

4、性分析”的设想。1967年,Updike 等人把葡萄糖氧化酶固定化膜和氧电极组装在一起,制成了第一代生物传感器。经过40年地不断发展,随着研究的深入,各种物理手段不断地被引入到生物传感器,当今的生物传感技术日新月异。1975年,热酶探针(thermal enzyme probe和酶热敏电阻器(tnzyme thermistor分别研制成功。20世纪70年代起,人们就开始寻求一种可以直接捕捉敏感源与目标物之间结合过程(如,抗体与抗原的结合的换能器。直到1983年,Leiberg等人发表了一篇采用表面等离子体共振(SPR技术实现实时监测亲合反应的报道后,这一问题才得到解决,这一技术随即促成了免疫传

5、感器的产生。1984年,Turner等人报道了用二茂铁及其衍生物作为氧化还原酶的介体以制造廉价酶电极的方法。很快MediSense公司便以此为基础发展了能大规模生产具有高重现性酶电极的丝网印刷技术,该技术推动了生物传感器的发展。20世纪90年代初,生物传感器的研究进入第二阶段,这时期的生物传感器为第二代。第二代生物传感器的特点是使用抗体或受体蛋白作分子识别组件,换能器的选用则更为多样化,诸如场效应管(FET,光纤(FOS,压电晶体(PZ,声表面波(SAW器件等。1996年,Turner等人研制的一种以DNA为敏感源的传感器,利用液晶分散技术,将DNA聚阳离子配合物固定在换能器上,所有能影响DN

6、A 分子间交联度的化学和物理因素均能被灵敏地捕获,并反映为一个强的、具有“指纹”结构的圆二色谱吸收峰。2l世纪发展的生物传感器为第三代产品,随着微加工技术和纳米技术的进步,生物传感器不断地向微型化、集成化方向发展,便携式测试仪已得到快速发展。当今,纳米材料在生物传感器中的应用,使其研究进入崭新阶段。我国生物传感器研究始于20世纪80年代初, 20世纪90年代是我国生物传感器应用取得较大发展的l0年,山东省科学院生物研究所是国内首家在该方面研究开发取得成功的单位,从1983年到1998年已研制成功了l0多项产品,有的成果达到国际先进水平。以SBA_40型和50型生物传感分析仪为代表,仪器集成了许

7、多智能化操作程序,其主程序可方便地满足多种自动测定要求。具有多酶协同作用的复合酶膜生物传感器,通过自动测定程序实现了糖化酶活性的快速自动测量,应用双电极一差分的方法实现了难以分析的生化样品测定,包括尿素、谷氨酰胺、淀粉、蔗糖、乳糖、麦芽糖等。4 3.生物化学传感器的应用研究生物化学传感器的分类方法很多,通常按照感受器中所采用的生命物质分类,可分为分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、植物组织电极传感器、电化学DNA传感器等。3.1酶电极传感器酶传感器是生物传感器领域中研究最多的一种类型。生物传感器中的生物活性物质是传感器的核心部分,然而它们一般都溶于水,其本身也不稳定,需要固定

8、在各种载体上,才可延长生物活性物质的活性。固定化技术的运用很大程度上决定着传感器的性能,包括选择性、灵敏度、稳定性、检测范围与使用寿命等。随着广大科技工作者的不断努力,我国酶传感器的研究取得了很大的进步,主要表现在防止电子媒介体和酶的流失、提高固定化酶活力的技术、载体选择范围扩大和各种高新技术在酶传感器中的应用等方面。以葡萄糖氧化酶(GOD电极为例简述其工作原理。在GOD的催化下,葡萄糖(C6H12O6被氧氧化生成葡萄糖酸(C6H12O7和过氧化氢。根据上述反应,显然可通过氧电极(测氧的消耗、过氧化氢电极(测H2O2的产生和pH电极(测酸度变化来间接测定葡萄糖的含量。因此只要将GOD固定在上述

9、电极表面即可构成测葡萄糖的GOD传感器。这便是所谓的第一代酶电极传感器。这种传感器由于是间接测定法,故干扰因素较多。第二代酶电极传感器是采用氧化还原电子媒介体在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子。第二代酶电极传感器可不受测定体系的限制,测量浓度线性范围较宽,干扰少。现在不少研究者又在努力发展第三代酶电极传感器,即酶的氧化还原活性中心直接和电极表面交换电子的酶电极传感器。目前已有的商品酶电极传感器包括:GOD电极传感器、L 乳酸单氧化酶电极传感器、尿酸酶电极传感器等。在研究中的酶电极传感器则非常多。基于电子媒介体的葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,

10、尤为受到重视。二茂铁由于有不溶于水、氧化还原可逆性好、电子传递速率高等优点,得到了广泛的研究和应用。目前研究的重点是防止二茂铁等电子媒介体的流失,从而提高生物传感器的稳定性和寿命。提高传感器稳定性的主要方法是利用环糊精作为载体,形成主客体结构。如孙康等5 以- 环糊精与戊二醛缩合而成的聚合物(- CDP为主体,电子媒介体二茂铁为客体,形成稳定的包络物,制成了葡萄糖、乳糖生物传感器。由于包络物的形成,避免了二茂铁的流失,生物传感器的稳定性得到提高,使用寿命得到延长。再如朱邦尚等6 以电子媒介体1 ,1 - 二甲基二茂铁为客体与- CDP 形成稳定的主客体包络物。用牛血清白蛋白- 戊二醛交联法,把

11、葡萄糖氧化酶(GOD 和主客体包络物固定到电极上,成功地制成了葡萄糖传感器。该传感器具有稳定性高、选择性好和较长的使用寿命等优点,线性响应范围为0. 0118 mmol/ L 。利用二茂铁也可以制成组织传感器。宋正华7 等将具有分子识别功能的- 葡萄糖甙酶和能进行换能反应的Luminol 分别固定在壳质胺和大孔阴离子交换剂的柱中,组成流动注射系统。苦杏仁甙在- 葡萄糖甙酶催化下分解生成的CN-(分子识别反应 与溶解氧反应生成超氧阴离子自由基,继而同Luminol 反应产生化学反应(换能反应 。这一新型生物传感器的化学发光强度与苦杏仁甙量在1200g 之间呈良好线性关系,检出限为0. 3g ,相

12、对标准偏差为3. 1 % ,并具有良好选择性。每次测定时间为2min ,- 葡萄糖甙酶柱寿命为6 个月,Luminol 柱可使用200 次以上。固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性,提高电极的响应电流值。首先,纳米颗粒增强GOD 在载体表面上的固定作用;其次是定向作用,分子在定向之后,其功能会有所改善;第三,由于金、铂纳米颗粒具有良好的导电性和宏观隧道效应,可以作为固定化酶之间、固定化酶与电极之间有效的电子媒介体,从而使得GOD 的氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒进行电子转移成为可能,酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提高了传感器的电流响应灵敏度。周亚凤等8 将黑曲

13、霉GOD 基因重组进大肠杆菌、酵母穿梭质粒,转化甲基营养酵母,构建出GOD 的高产酵母工程菌株。重组酵母GOD 比活力达426. 63u/ mg 蛋白,是商品黑曲霉GOD 的1.6 倍,催化效率更高。重组酵母GOD 的高活力特性可有效提高葡萄糖传感器的线性检测范围。溶胶- 凝胶应用于生物传感器领域具有如下一些优点9 : (1 基质在可见光区是透明的,适于光化学生物传感器的制作; (2 基质具有一定的刚性,提高了生物活性物质的热稳定性; (3 基质热稳定性好,并且呈化学惰性,对生物活性物质的失活作用很小,保持了活性; (4 通过溶胶-凝胶制备条件的优化,可控制基质的孔径大小和分布,使酶分子有足够

14、的自由活动空间而又不至于从基质中流失,从而提高传感器的使用寿命;(5 溶胶- 凝胶材料还具有生物相容性,为微电极植入人体提供了新的可能性; (6 还可通过对先驱体的功能化赋予溶胶- 凝胶新的性能; (7溶胶- 凝胶的制备条件十分温和,生物分子可以在不同的制备阶段加入,并且可以制成不同大小与形状的修饰电极等。溶胶- 凝胶材料作为酶固定化载体,开辟了制备生物传感器的新领域。经典的固定化酶方法主要有物理吸附、化学偶联、交联、凝胶包埋和微胶囊法等。酶在固定化过程中活力降低的因素主要有: (1 固定过程中的化学损伤;(2 酶分子不适合的空间取向使得与底物发生邻近定向效应受阻,催化作用减弱。因此,酶或蛋白

15、质分子空间沉积的方向控制是制备高质量固定化酶、酶标试剂和生物器件的前提。固定化酶空间取向方法主要有共价键法、氨基酸置换法、抗体偶联法、生物素- 亲和素亲和法和疏水定向固定法等。应用较多的是生物素- 亲和素亲和法。生物素- 亲和素之间具有高度专一和强烈的相互作用,在pH 值、温度、有机溶剂或变性剂等较大的变化范围内均能稳定存在,已经广泛应用于蛋白质的固定化及生物传感器。3.2 微生物电极传感器由于离析酶的价格昂贵且稳定性较差,限制了其在电化学生物传感器中的应用,从而使研究者想到直接利用活的微生物来作为分子识别元件的敏感材料。这种将微生物(常用的主要是细菌和酵母菌作为敏感材料固定在电极表面构成的电

16、化学生物传感器称为微生物电极传感器。其工作原理大致可分为三种类型:其一,利用微生物体内含有的酶(单一酶或复合酶系来识别分子,这种类型与酶电极类似;其二,利用微生物对有机物的同化作用,通过检测其呼吸活性(摄氧量的提高,即通过氧电极测量体系中氧的减少间接测定有机物的浓度;其三,通过测定电极敏感的代谢产物间接测定一些能被厌氧微生物所同化的有机物。微生物传感器是使用微生物活细胞或细胞碎片作为敏感元件与电化学换能器来制备生物传感器。10 主要由2 部分组成:第1 部分是微生物膜,此膜是由微生物与基质(如PV A,海藻酸钠等以一定的方式固化形成;第2 部分是信号转换器(如O2电极、气敏电极或离子选择电极等

17、。微生物在利用物质进行呼吸或代谢的过程中,将消耗溶液中的溶解氧或产生一些电活性物质。在微生物数量和活性保持不变的情况下,其所消耗的溶解氧量或所产生的电活性物质的量反映了被检测物质的量,再借助气体敏感膜电极(如溶解氧电极、氨电极、二氧化碳电极、硫化氢电极或离子选择电极(如pH 玻璃电极以及微生物燃料电池检测溶解氧和电活性物质的变化,就可求得待测物质的量,这是微生物传感器的一般原理。微生物电极的种类很多,根据微生物与底物作用原理的不同,微生物电极可分为测定呼吸活性型微生物电极、测定代谢物质型微生物电极。根据测量信号的不同,可分为电流型微生物电极、电位型微生物电极。1975 年Divies制成了第1

18、 支微生物传感器,到目前,微生物传感器可测定物质已达六七十种,表1 列出了一些典型微生物传感器及其特性。微生物传感器不仅可以测定单一成分物质,如葡萄糖等各类碳水化合物、甲酸等各类有机酸、硝酸盐等各类含氮化合物和各类氨基酸等,还可以测定多种化合物的总量和集合效应。在发酵工业领域,微生物传感器已应用于原材料、代谢产物的测定。应用微生物传感器可不受发酵过程中常存在的干扰物质的干扰,并且不受发酵液混浊程度的限制。在生物工程领域,微生物传感器已用于酶活性的测定。微生物传感器还能用于测定微生物的呼吸活性,在微生物的简单鉴定、生物降解物的确定、微生物的保存方法的选择等方面也有应用。在医学领域里,着眼于致癌物

19、质对遗传因子的变异诱发性,人们利用微生物传感器对致癌物质进行一次性筛选。环境监测领域是微生物传感器应用最为广泛的领域,其典型代表是BOD 传感器。它可以测定水中可生物降解有机物的总量即生化需氧量。3.3电化学免疫传感器免疫传感器是生物化学传感器中一大分枝。80年代以来, 随着生物学技术的迅速发展,为免疫传感器的发展提供了有力的帮助。由于抗原和抗体的特异性反应, 免疫传感器较其它生物和化学传感器有更高的专一性和选择性。电化学免疫传感器是免疫传感器中研究最早, 种类最多, 也较为成熟的一个分枝, 它祸联各种电分析技术, 如溶出伏安法、脉冲伏安法、脉冲差分法等, 大大提高了它的灵敏度, 在短短几十年

20、里, 相继开辟了种类繁多的研究和应用领域, 目前正朝着更加灵敏、特效、微型和适用的方向发展。电位型免疫传感器电位型免疫传感器兴起于70年代, 集酶免疫分析的高灵敏度和离子选择电极、气敏电极的高选择性于一体, 直接或者间接用于各种抗原、抗体的检测, 它具有可实时监测、响应时间较快等特点。通常离子选择电极、气敏电极被用来作为基底电极。常用的离子选择电极如氟离子电极,碘离子电极,三甲基苯胺阳离子电极等。酶作为标记物用来催化底物的反应, 使底物释放出离子或者气体, 待测抗原或抗体的浓度与酶催化产物在基底电极上的响应相关。电位型免疫分析过程中一般需要异相分离和二抗。因此, 寻求均相酶免疫分析, 不需要二

21、抗来直接检测抗原或抗体的浓度是众多研究者的追求目标。电容型免疫传感器电容型免疫传感器是建立在双电层理论上的一种传感技术。电容传感器的测量原理比较简单, 电解电容器的电容值决定于平板表面介电层的厚度及介电性质。在受体被接上后, 根据方程, 由引起的电容变化就可以得知被侧物浓度与电容之间的关系, 如果采用实时监测就会得到动力学的变化过程。同其它生物传感器一样, 敏感膜的制备技术是电容型免疫传感器中最为重要的环节。它要求首先在金属电极或者半导体表面形成一种电绝缘层。电容型免疫传感器的成功与否在很大程度上取决于这一电绝缘层。大部分选用的基底是金属和半导体。11 安培分析免疫传感器安培分析免疫传感是将免

22、疫技术和电化学检测相结合的一种标记性的免疫分析, 其标记物有酶和电活性物质两类。常用来作为标记的酶有碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、乳酸脱氧酶、葡萄糖氧化酶、青霉素酞化酶和尿素水解酶等。以酶作为标记物的电化学酶联免疫分析首先将标记酶预先交联在抗体或抗原上, 然后采用夹心法或者竞争法进行安培分析测定。夹心法免疫反应的基本过程如图所示,首先将抗体固定在传感器的表面, 然后加人抗原, 使传感器表面形成免疫复合物, 洗去过量的或未反应的抗原加人酶标抗体二抗培育, 在传感器表面上抗原与酶标抗体键 合, 洗去游离的酶标抗体。最后在测试体系中加人底物, 键合在传感器表面的酶标对底物产生催化作用, 生成一种电活性

23、的产物, 根据测试体系电流的变化与酶的活性成正比,而间接计算出待测抗原的含量。竞争法免疫反应的基本过程如图所示 固定了抗体的传感器放人含有待测抗原和酶标抗原的培养液中, 培育后清洗, 在测试体系中加人底物, 再用与夹心法相同的方法测定传感器酶的活性。键合在传感器表面上的酶的活性与催化反应的产物的量成正比, 与待测抗原的浓度成反比。竞争法较夹心法简便、快速, 所以在电化学酶联免疫实验中大都采用竞争法。电活性标记物一般有二茂铁、硝基雌三醇、以及金属离子等, 其原理类似于酶标记, 首先将电活性物质标记于抗原或抗体上, 再通过竞争法或夹心法将标记物键合在传感器上, 通过电分析技术检测电活性标记物。由于

24、酶的化学放大作用, 所以在安培免疫分析中, 大多采用酶作为标记物。在电化学酶联免疫分析中, 常采用的电分析技术有循环伏安法、安培分析法、差分脉冲法等, 其中安培分析法是较常采用的分析方法。电化学免疫传感器的例子有:诊断早期妊娠的hCG免疫传感器;诊断原发性肝癌的甲胎蛋白(AFP或FP免疫传感器;测定人血清蛋白(HSA免疫传感器;还有IgG免疫传感器、胰岛素免疫传感器等等。3.4植物组织电极传感器直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器,其原理是利用动植物组织中的酶,优点是酶活性及其稳定性均比离析酶高,材料易于获取,制备简单,使用寿命长等。但在选择性、灵敏度、响应时间等方

25、面还存在不足。自从1981年kuriyama首次成功地研制出利用南瓜组织薄片与二氧化碳电极组成测定L-谷氮酸的植物组织电极以来, 选材方式按植物根、茎、叶、花、皮果实和种子等各种形式的植物组织电极相继问世。这一领域的研究已愈来愈受分析化学家们的瞩目。迄今为止, 已有十余种植物组织电极研制发表。这些工作基本是国外研究室进行的, 国内尚未见文献报导。 植物组织电极具有其它生物电极共同的优点(1由于固定化技术的应用, 可使生物催化材料反复使用;(2可以直接在体液、发酵液、废水等复杂试液中选择性分析测试底物, 试液不需透明澄清, 不必预处理;(3操作简单, 用样量少, 测试时间短;(4分析结果以电信号

26、输出, 易于自动化监测。组织电极可视为酶电极的衍生物, 其基本原理仍是酶催化反应, 但它与酶电极相比,更具一些独特优点:(1提供一种新概念, 即用存在于自然环境中的自然物质本身探测自然,(2省去了酶电极法的分离、固定化酶步骤, 具有制作简单、价格低廉、使用寿命相对较长等优点。其原因是一些酶在组织体内是稳定的, 一旦分离出来很易失活, 甚至有一些酶目前还根本无法分离,(3可用于不知何种酶或催化途径不清楚的体系, (4自然材料时常已含诸如辅酶等物质的协同因子或最佳条件下所必须的成份, 而生物催化机制常常是生物体中多种辅助因子的系统表现或分步联合的结果。12虽然植物组织电极在近十年的历史中取得了可喜

27、成绩, 预示着广阔的发展前景。但白于目前人们对各种组织的内在功能实质了解得尚不透彻, 从整体说, 此类电极的研究尚属早期阶段, 还存在以下几方面的问题:(1选择性问题,由于组织切片不象经分离纯化的酶那样, 含酶单一而选择性好。组织体中往往是多种酶源的聚集体, 因此, 提高选择性是开发一支新组织电极首先碰到也是较为困难的一项任务, (2重现性问题,植物组织电极需在使用过程中随时进行校正。组织中的酶因受生长季节、生产场地、保存期限及切片用量等因素控制的影响, 每制备一支新组织电极, 需制作校正曲线, 而不考虑不同组织电极的重现性, (3寿命问题,由于生物催化膜的寿命有限, 一般在几天至几周响应时间

28、问题由于组织切片膜的厚度一般需要约数十至数百微米, 加上细胞膜的屏障作用, 使底物扩散受阻, 响应时间一般比酶电极及其它类型传感器长一些, (4理论问题目前人们的注意力较集中于寻找合适的酶源组织、选取组织切片部位及厚度、生物催化剂活性的保持和延长、选择合适的激活剂和抑制剂、探索测量的最佳条件等方面, 对电极响应机理方面的研究基本属于空白。3.5电化学DNA传感器电化学DNA传感器是近几年迅速发展起来的一种全新思想的生物传感器。其用途是检测基因及一些能与DNA发生特殊相互作用的物质。电化学DNA传感器是利用单链DNA(ssDNA或基因探针作为敏感元件固定在固体电极表面,加上识别杂交信息的电活性指

29、示剂(称为杂交指示剂共同构成的检测特定基因的装置。其工作原理是利用固定在电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶液中的同源序列的特异识别作用(分子杂交形成双链DNA(dsDNA(电极表面性质改变,同时借助一能识别ssDNA和dsDNA的杂交指示剂的电流响应信号的改变来达到检测基因的目的。电化学DNA 传感器是由一个支持DNA 片段(探针的电极和检测电化学活性识别元素(electrochemical recog2nition element 构成1DNA 探针是单链DNA ( ss - DNA 片段(或者一整条链 ,长度从十几个到上千个核苷酸不等,它与靶序列(targets quince 是互补的

30、,一般多采用人工合成的短的寡聚脱氧核苷酸作为DNA 探针1 通常是将ss -DNA (探针分子 修饰到电极表面构成DNA 修饰电极1由于ss - DNA 与其互补靶系列杂交具有高度的序列选择性,使得这种ss - DNA 修饰电极呈现极强的分子识别功能1 在适当的温度、PH、离子强度下,电极表面的DNA 探针分子能与靶序列选择性地杂交,形成双链DNA (ds -DNA ,从而导致电极表面结构的改变1 这种杂交前后的结构差异,可以通过具有电活性的杂交指示剂来识别,从而达到了检测靶序列(或特定基因 的目的 DNA 修饰电极是电化学DNA 传感器的重要部分, 该类传感器也多以此进行分类。ssDNA 修

31、饰(或固定 到电极上的方法, 现有的文献报道主要集中在自组装膜法、吸附结合法、表面富集法共价键结合法、化学免疫法、组合法、生物素- 亲和素反应法和LB 膜法等。本文主要叙述以下几种:该方法是将碳糊电极放到含DNA探针分子的乙酸缓冲溶液中在一定电位下活化电极, 然后在控制电位下吸附富集探针分子, 最后用磷酸缓冲溶液淋洗后便可使用。其特点是简单、灵活, 但定性不够。即基于分子的自组作用, 在固体表面自然形成高度有序的单分子层膜的方法。在DNA 技术中, 一般是利用带巯基( SH 的化合物在金电极表面上可以形成自组装单分子膜的特性来固核酸。其特点是表面结构高度有序, 稳定性好, 有利于杂交; 但对巯

32、基化合物修饰的DNA 的纯度要求高, 分离提纯操作较烦琐。该法首先对电极进行活化预处理, 以引入活性键合基团, 然后进行表面的有机合成, 通过共价键合反应把探针分子修饰到电极表面。刘盛辉等成功地利用乙基- (3 - 二甲基丙基 碳二亚胺盐酸盐( EDC 作为偶联活化剂,将ss - DNA 共价固定到石墨电极表面13该法是将化学修饰剂与电极材料混合以制备组合修饰电极。Millan14将18- 烷基胺或18- 烷基酸混入碳糊中, 得到修饰的碳糊电极。在DEC存在下, 18- 烷基胺的氨基与ssDNA 5末端的磷酸基形成磷酰氨键, 并将其固定在电极上。人类的遗传染病和某些传染病的早期诊断基于已知非正

33、常碱基序列的检测。但传统的特定序列分析存在着耗时、费力、昂贵、难以自动化等缺点。而有顺序选择性的电化学传感技术能快速检测特定序列, 且成本低廉、易于集成化和自动化, 因而受到广泛关注。利用电化学的传感器可对一些污染物、致癌物进行分子识别的研究。其研究价值在于建立一些物质快速、灵敏的电化学检测方法, 探讨与其它分子的相互作用机理。许多药物与核酸之间存在可逆作用,而且核酸是当代新药发展的首选目标,电化学DNA 生物传感器除了可用于特定基因的检测外,还可以用于一些DNA 结合药物的检测以及新型药物分子的设计。药物结构对响应的影响是DNA修饰电极研究药物与DNA相互作用的基础。罗济文15等人研究了道诺

34、霉素(DNM 在小牛胸腺DNA 修饰石墨粉末微电极上的电化学行为, 提出了测定微量DNM的方法, DNM浓度在1. 0 ×10 - 71. 0 ×10 - 5 mol/ L 之间, 其微分脉冲伏安(DPV 峰电流与浓度有良好的线性关系, 检出限为5. 0 ×10 - 8 mol/ L , 并以此为基础提出了一种测定人尿中痕量DNM的方法。该方法简单、快速、灵敏度较高。4.结束语生物电化学传感器是极具有发展潜力的学科领域,作为知识经济的新增长点,它将促进生物技术产业和常规生物产业的发展,可为许多经济领域提供不可缺少的信息。新的快速分析方法、新的生物仪器设备的来源、生

35、物传感器与 纳米技术、信息技术、微电子技术的交叉，将促使更多、更新的生物传感器 的产生。未来的生物传感器将会和计算机完美紧密的结合，能够自动采集数 据、处理数据，更科学、更准确地提供结果，实现采样、进样、最终完成检 测的自动化系统。同时，芯片技术也将越来越多地进入传感器领域，实现检 测系统的集成化、一体化。 参考文献： 1 侯新朴主编. 物理化学. 北京. 第 6 版. 人民卫生出版社，2007. 2 Campanella L，Cubadda F，Sammartino M P，et a1An algal biosensor for the monitoring of water toxicity in estuarine enviraonmentsJWater Research， 2001，35(1：6976 3 姚赞， 文盂良 生物传感器的发展与市场化J 传感器技术， 1999， 18(2： 13 4 FENG DerongBiosensors and their application in the People"s Republic of ChinaJAdvances In Biosensors，1999，2893l3 5 孙康,李仲辉,陈孝康. 主客体葡萄糖、乳