基于分子定向与电流信号放大技术检测布鲁氏菌的免疫传感器研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sikongshan
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布鲁氏菌是革兰氏阴性杆状菌,该菌传染性强、治病率高,人和畜均可被感染,感染它后能够引起布鲁氏菌病(简称布病),它的危害较大,主要损害人和畜的生殖系统。布病的传统检测方法,时间成本较高,不能满足当前快速检测技术要求。电化学生物传感器的出现,为解决此问题提供了一种新的方法和工具。生物传感器构建过程中生物分子膜的固定是影响传感器性能的重要因素,分子定向固定技术可以克服生物分子在传感器表面的无序固定状态,降低生物分子间的空间位阻,并提高生物分子的固定效率和活性,从而改善生物传感器的性能。另外,近年来纳米材料因具有小尺寸效应,量子尺寸效应、表面和界面效应等而在生物传感器中被广泛应用。本文试图同时利用定向固定布鲁氏菌抗体(以便提高抗体抗原结合率)并结合纳米材料(包括纳米金等材料及其纳米复合物)的电信号放大作用来实现布鲁氏菌抗原的检测,系统构建并深入研究了三种不同类型的免疫传感器。论文主旨和研究结论如下:(1)基于GO/纳米金/重组蛋白G/丝网印刷碳电极免疫传感器研究该部分以丝网印刷碳电极为免疫传感器基底,在其表面通过电化学CV法逐步沉积制备了氧化石墨烯膜和纳米金膜。纳米金具有优异特性和良好生物相容性,能为电信号放大与生物物质的固定提供基础。重组蛋白G因其C末端带有半胱氨酸,而半胱氨酸上的巯基能够与纳米金形成金-硫共价键,因此我们基于金-硫共价键结合原理成功把重组蛋白G固定在了电极表面。通过蛋白G能特异性结合抗体的Fc端来实现对布鲁氏菌抗体的定向固定,构建了一种新型的免疫传感器。用构建的生物传感器在系列浓度布鲁氏菌抗原溶液中测试了其阻抗值,建立了无量纲值与布鲁氏菌浓度对数之间的线性关系,得出线性相关系数R=0.9855,最低检测限(S/N=3)为3.2×102cfu/m L。试验中表明传感器的特异性、重现性、稳定性各方面表现优良,且加标回收率在92.97%到100.71%范围内。(2)基于Ppy/GO/丝网印刷金电极构建三明治型免疫传感器研究该部分以丝网印刷金电极为免疫传感器基础平台,在氧化石墨烯和吡咯单体混合电解液中,通过一步电化学CV法成功制备了氧化石墨烯(GO)和聚吡咯(Ppy)复合物膜。布鲁氏菌第一抗体(Ab1)的Fc端羟基与聚吡咯环上的氰基(CN-)在电场作用下结合,实现了电化学法在电极表面定向固定抗体的目标。为进一步放大电化学信号,文中还合成了GO/Fe3O4/MB/Ab2免标记纳米生物探针,从而将布鲁氏菌Ab1定位技术与信号放大技术相结合,制作了一种三明治型免疫传感器。在对系列布鲁氏菌抗原浓度测试中,该生物传感器的响应峰电流与浓度对数之间具有良好的线性关系,线性范围在1.6×102~1.6×108cfu/m L之间,方法最低检出限(S/N=3)为2.2×102cfu/m L。且该生物传感器特异性好,回收率高,重现性好,稳定性好。(3)基于半胱胺功能化纳米金/4-MBA/丝网印刷金电极免疫传感器研究该部分以丝网印刷金电极为免疫传感器基底,利用金-硫键共价结合原理把4-巯基苯甲酸(4-MBA)固定在了金电极表面,固定后的4-MBA分子膜上的游离羧基为生物传感器构建提供了化学键合基团。采用壳聚糖绿色合成法成功制备了50nm左右粒径的纳米金,且利用半胱胺(Cysteamine)功能化纳米金,在交联剂EDC/NHS的作用下将其通过酰胺键(-CO-NH-)连接到4-MBA/金电极表面。布鲁氏菌抗体的Fc区羧基端再经EDC/NHS活化后,与半胱胺功能化纳米金表面的氨基共价结合,从而把抗体定向固定在纳米金颗粒表面。在系列浓度的布鲁氏菌抗原溶液中,采用方波伏安法(SWV)测试生物传感器性能。建立了电流变化值与抗原浓度对数Log C之间的线性关系,拟合出分段线性方程为y1=5.9828+5.5397x1,y2=-32.2109+11.7698x2,其中线性相关系数R分别为0.9923和0.9965,最低检测限(S/N=3)为5.12×102 cfu/m L。试验中还对SWV数据进行了二阶导数变换,最低检测限由5.12×102 cfu/m L降低到7.0×101 cfu/m L。
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