基于分子识别的三维有序阵列材料电化学生物传感器

本项目拟采用胶体晶体模板技术制备新型的具有生物相容性的三维有序阵列（3DOAs）功能纳米材料，如Au、Pt、碳及导电聚合物等。该纳米功能材料具有3DOAs的空间构型并且组成的纳米粒子之间相互连接，极好地保持了纳米粒子的量子尺寸效应、表面效应和体积效应。将3DOAs纳米材料用作电极修饰，良好的导电性大大促进了电极表面的电子传递；极大的比表面积以及丰富的表面活性位点，增加了固载生物分子的数量。以3DOAs纳米材料修饰电极为基础，构建高灵敏的电化学分子识别生物传感器，并进行实际样品中特异性识别分子（抗原/抗体、DNA、适配体等）的检测。主要研究新型3DOAs功能纳米材料的合成制备方法，探讨不同粒径的胶体颗粒对制得的3DOAs纳米材料性能的影响，比较3DOAs纳米材料修饰电极与传统纳米材料修饰电极的电化学性能差异，并将制备的3DOAs纳米材料用于构建分子识别电化学生物传感器。

在原子或分子水平上对纳米材料进行操控，使之按照设定的目标和要求进行排列组装。采用胶体晶体模板技术制备新型的具有生物相容性的三维有序纳米材料。该材料拥有巨大的比表面积，能够增加生物分子的固载量；具有良好的导电性，能够促进电极表面的电子传递。将其应用于电化学生物传感器中，能极大改善传感器的性能。固载了酶或抗体分子后，能实现对底物（过氧化氢、葡萄糖及抗原）的高灵敏分子检测的目的。.本研究成果主要包括五个方面：（1）基于高度有序多孔金电极（HOMGF）辅以室温离子液体构建新型免标记电化学免疫传感器用于检测人载脂蛋白B-100（ApoB-100）。加入离子液体既防止了抗体分子在溶胶-凝胶过程中因乙醇释放引起的失活，又增加了离子液-凝胶层的导电性。特别的是，构建的免疫传感器能够在60℃下使用，这主要归功于离子液-凝胶层的多孔结构，防止了因抗体分子结构的展开而引起的失活。该免疫传感器对ApoB-100的最低检测浓度为5 fg mL-1。（2）合成了凹槽状金纳米粒子/自掺杂聚苯胺（AuNPs/SPAN）纳米复合纤维，经热重分析得知该复合材料中金所占的质量百分比高达64%，该材料不仅具有良好的导电性和生物相容性，并且能增加固定的辣根过氧化物酶（HRP）数量。制备的过氧化氢生物传感器的线性响应范围为10-2000 μM，检测限为1.6 μM。（3）利用层层自组装技术合成的具有磁性核壳结构Au-Fe3O4@SiO2纳米复合材料，在此基础上固定了GOD和HRP，构建了生物磁性修饰ITO电极，制备了一种新型的双酶葡萄糖生物传感器。该传感器对葡萄糖的线性响应范围为0.05-1.0 mM 和1.0-8.0 mM，检测限为0.01 mM。（4）首次制备了离子液体掺杂的聚苯胺-SiO2三维多孔复合材料修饰电极，采用了自组装一步电沉积方法，该材料具有良好的导电性和生物相容性。固定了GOD和HRP制成双酶葡萄糖传感器，对葡萄糖的检测灵敏度为37.9μA cm−2 mM−1。（5）首次构建了三维有序大孔自掺杂聚苯胺/普鲁士蓝（SPAN/PB双层膜修饰电极，SPAN具有良好的导电性，PB膜既可以用作电活性探针，又可以作为过氧化氢的人工酶。在此基础上固定了GOD，实现了对葡萄糖的高灵敏响应，检测线性范围跨越3个数量级（2-1600 μM），灵敏度达到99.4μA cm−2 mM−1。