电化学蛋白质生物传感器的研究

袁 若

（西南大学，发光与实时分析教育部重点实验室，重庆400715）

电化学生物传感器是由生物体成分或生物体本身作为分子识别元件，电极作为信号转换器，以电势、电流等为特征检测信号的传感器。它集特异结合、信号产生、信号检测为一体，具有选择性好、结构紧凑、使用方便、灵敏度高、成本低、能微型化等特点。目前，电化学生物传感器已广泛应用于临床诊断等领域。

在构建电化学生物传感器过程中，增强电化学响应信号，提高电化学生物传感器灵敏度，快速检测痕量目标物已成为广大研究者关注热点。其中，基于纳米材料及生物催化放大电化学响应信号的电化学生物传感器研究尤其受到人们的广泛关注。纳米材料具有大的比表面积，可以大大增加目标物探针、氧化还原探针或者酶的固载量，一定程度上放大电化学响应信号或生物催化效率，提高了电化学生物传感器灵敏度。

近年来，该文课题组基于纳米材料及生物催化放大电化学响应信号制备了多种电化学生物传感器。主要可以分为以下几个方面：(1)制备功能化的成膜材料作为固载基质构建直接法电化学免疫传感器或适体传感器[1～4]。如制备成膜性好的CoFe2O4/SiO2、NiFe2O4/SiO2及二茂铁标记的苯四甲酸二酐多孔复合纳米材料（PTC-Fc）等。(2)制备多种功能化的纳米材料并结合单酶、双酶或生物素/亲和素标记放大电化学响应信号构建直接法电化学免疫传感器或适体传感器[5～9]。如以BSA为固酶基质，通过交联作用固载辣根过氧化物酶（HRP）以提高酶膜的稳定性，基于联吡啶钴(Co(bpy)33+)与BSA之间的静电作用和疏水作用，将Co(bpy)33+引入BSA-HRP复合膜中形成具有电化学活性和生物相容性的复合基质。固载抗体后使用HRP封闭免疫电极上的非特异性吸附位点，并同时利用HRP的生物催化放大作用放大响应电流信号，进而提高免疫传感器的灵敏度。(3)制备多种功能化的纳米材料并结合单酶、双酶或生物素/亲和素标记二抗放大电化学响应信号构建夹心式电化学免疫传感器和适体传感器[10～20]。如构建以磁性纳米颗粒Fe3O4为核，普鲁士蓝(PB)为中间层并作为电活性物质，Au为外壳的多层结构的功能化磁性纳米颗粒 (Au-PBFe3O4)。将HRP、葡萄糖氧化酶(GOD)和蛋白二抗同时标记到该纳米粒子表面。借助生物标记的三层纳米粒子的多重电化学催化作用显著放大响应电流信号，构建了超灵敏易再生的电化学免疫传感器。

在临床诊断过程中，单种肿瘤标志物或小分子含量往往不能作为某种疾病判断的依据。因此，多组分同时检测疾病标志物对正确判断某种疾病的发生有着极其重要的意义。多组分同时检测可以有效的缩短样品制作时间和检测时间、减少样品消耗量、提高检测效率以及降低测试成本等。该文课题组在对传感器的电化学行为研究的基础上，开展了一系列电化学生物传感器的研究并实现了在同一界面对多种目标物同时定量检测[21～25]。图1为酶及纳米粒子标记二抗用于同一界面同时检测三种蛋白质（AFP、AFP-L3和APT）电化学免疫传感器制备及检测原理示意图。

图1 同一界面同时检测三种蛋白质电化学免疫传感器制备及检测原理示意图

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