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基于空间阻滞的新型高灵敏电化学传感器检测三磷酸腺苷的研究
邵爽 , 汤玉娇 , 戴诗岩 , 周羽婷 , 程圭芳 , 何品刚 , 方禹之
doi:  10.11895/j.issn.0253-3820.171382
构建了检测ATP的新型高灵敏电化学传感器,采用扫描电镜、荧光显微镜成像技术、微分脉冲伏安法及电化学阻抗法进行表征。传感器以硅纳米颗粒通过多段DNA链与氧化铝纳米孔膜形成的三明治结构阻碍离子传导,ATP存在下,传感器中的三明治结构被破坏,使离子通道顺畅,通过检测其电流变化值达到检测目标物ATP的目的。硅纳米颗粒的应用提高了检测灵敏度,降低了背景信号;而且仅需极少量的样品即可实现对ATP的检测。结果表明,此传感器对ATP检测的线性范围为0.025~0.900 nmol/L,检出限为13 pmol/L(S/N=3)。当样品中有100倍目标物浓度的共存物质存在时,传感器仍显示出对ATP的高特异性。此传感器构建简单,再生性好,可实现对小鼠血液中痕量ATP的检测,有望应用于临床医学检测、医药工业和环境检测等领域。
关键词: 三磷酸腺苷, 氧化铝纳米孔膜, 硅纳米颗粒, 生物传感器
汞离子功能核酸生物传感器的建立与应用
杜再慧 , 李相阳 , 田晶晶 , 田洪涛 , 许文涛
doi:  10.11895/j.issn.0253-3820.171390
利用汞离子(Hg2+)特异性功能核酸对Hg2+识别检测,其中模板主要包括与Hg2+特异性结合的识别区、形成G四链体的富G区以及由聚六乙二醇(Spacer18)链接的隔断区;靶序列主要包括5'端配对区和3'端富T区。模板与靶序列只有在Hg2+存在的条件下才能结合并引发延伸,进而使富G序列在模板上剥离下来,但由于Spacer18的隔断作用导致富G序列以单链形式存在,在特定环境下形成具有过氧化物模拟酶活性的G-四链体,催化H2O2与2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二胺盐(ABTS)发生肉眼可见的颜色变化,进而对Hg2+进行定量测定。利用构建的Hg2+功能核酸生物传感器,35 min内可完成检测,线性范围为20~500 nmol/L,检出限达到16.5 nmol/L(3σ)。实际水样中的加标回收率为98.5%~103.5%。本方法操作简单、成本低、耗时短,在应急处理、实时环境检测等方面具有良好的应用价值。
关键词: 汞离子, G四链体, 间隔臂, 功能核酸, 生物传感器
碳纳米材料修饰阳极电极对微生物燃料电池传感器水体毒性检测灵敏度的影响
余登斌 , 江岚 , 王沛 , 李婷 , 董绍俊
doi:  10.11895/j.issn.0253-3820.171372
微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)传感器检测水体毒性灵敏度偏低是阻碍其实际应用的瓶颈之一。本研究利用多壁碳纳米管(MWNT)和导电炭黑(GCB)修饰石墨毡(GF),作为阳极电极启动MFC传感器。考察了碳纳米材料修饰阳极电极对MFC传感器电化学性能及水体毒性检测灵敏度的影响。结果表明,GCB和MWNT修饰的电极比未修饰的电极内阻小,MFC的功率输出由大到小的顺序为:GCB/GF-MFC(2.63 W/m2)> MWNT/GF-MFC(2.56 W/m2)> GF-MFC(2.09 W/m2)。以3,5-二氯苯酚(DCP)作为模型毒物进行毒性检测实验,10 mg/L DCP对3个MFC毒性传感器的平均抑制率为:MWNT/GF-MFC(31.8%)> GCB/GF-MFC(26.3%)> GF-MFC(20.1%),碳纳米材料修饰阳极电极组装MFC的毒性检测灵敏度均有所提高,MWNT/GF-MFC灵敏度最高。本研究对MFC型传感器在水污染预警中的实际应用研究提供了参考。
关键词: 碳纳米材料, 生物传感器, 微生物燃料电池, 毒性, 抑制率
功能核酸生物传感器检测金属离子的研究进展
杜再慧 , 李相阳 , 田晶晶 , 张洋子 , 田洪涛 , 许文涛
doi:  10.11895/j.issn.0253-3820.171444
功能核酸是具有特定结构和功能的天然或人工核酸序列。一些金属离子是人体必需的微量元素,但过量的金属离子会对人体健康带来危害。功能核酸具有易于修饰、价格低廉、稳定性高、特异性强等优点,被广泛应用于金属离子的检测。本文详细介绍了功能核酸与金属之间的相互作用,主要包括DNA/RNA切割型、连接型、错配型、点击化学型、构象改变型以及其它类型;以及功能核酸与不同信号输出方式相结合的生物传感器。最后讨论了功能核酸在金属离子检测过程中的优势以及现存的问题,对功能核酸生物传感器未来的发展方向以及应用前景进行了展望。
关键词: 功能核酸, 金属离子, 作用方式, 生物传感器, 评述
一步法水热合成枸杞荧光碳点及对Fe3+的灵敏检测
刘红英 , 黄成 , 戴大响 , 焦明儒 , 张名镇 , 顾春川
doi:  10.11895/j.issn.0253-3820.171446
以枸杞为碳源,采用简单、环境友好的一步水热法合成未经表面修饰的荧光碳点。采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对其性质及形貌进行了研究。在最佳条件下,碳点的激发峰和发射峰分别位于320和400 nm,且发射峰具有尺寸依赖的性质。以罗丹明6G为参照,此碳点的量子产率54%,荧光寿命9.04 μs。碳点的荧光在2 min内被Fe3+完全猝灭。基于此,构建了检测Fe3+的新型荧光生物传感器。在1~50 μmol/L范围内,荧光猝灭程度与Fe3+的浓度呈良好的线性关系,检出限为232 nmol/L。此碳点在环境和生物医学领域具有良好的应用前景。
关键词: 碳点, 枸杞, 水热法, 铁离子, 生物传感器
基于发光细菌的微流控型生物传感器研究进展
金孝伟 , 李哲煜 , 徐翩翩 , 张笑颜 , 任南琪 , 库里连科·维塔利 , 孙凯
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.181320
发光细菌能够发出波长为450~490 nm的可见光,其发光强度随待测溶液中毒性物质浓度增加而减弱。发光细菌法具有简单、快速和高稳定性等特点,被广泛应用于水质急性毒性分析。近年来,随着微流控技术微型化、集成化和自动化的不断发展,基于微流控技术的发光细菌毒性分析装置的研究越来越多。与传统方法相比,微流控型生物传感器所需菌液少,可以有效地避免人为误差和外界条件干扰等,灵敏度更高。本文结合发光细菌的特点和发光机制,对微流控型生物发光传感器及其在环境监测中的应用进展进行了评述。
关键词: 发光细菌, 急性毒性, 环境污染物, 微流控, 生物传感器, 评述
扩散性抑制及缺血过程中Ca2+与谷氨酸的同时在体电化学分析
赵凡 , 施国跃 , 田阳
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.181716
脑神经化学分析是探索大脑功能的重要手段,脑功能的实现依赖于多种化学物质同时发挥作用,单纯一种化学物质的检测难以阐明脑化学信号的传递以及疾病的发生,因此,多物质同时分析尤为重要。本研究通过构建一种双功能电化学生物传感器,实现了谷氨酸和Ca2+同时测定分析。将谷氨酸氧化酶(GluOx)和铂纳米颗粒(Pt NPs)共改性的铂丝微电极(Pt ME)作为电流型谷氨酸测定电极,电位响应的全固态钙离子选择性电极(Ca-ISME)用于Ca2+的测定,构建了双功能微电极(DFME)生物传感器,两种信号之间没有串扰,因此可用于谷氨酸和Ca2+的同时监测。DFME生物传感器显示出良好的选择性和低的检出限(谷氨酸为0.5 μmol/L,Ca2+为1 μmol/L),可满足活体检测需求,并成功用于监测扩散性抑制(SD)及缺血过程鼠脑中谷氨酸和Ca2+的实时变化分析。本研究为体内多种物质的同时检测提供了一种简便有效的方法,为理解脑生理病理过程提供了分子基础。
关键词: 谷氨酸, 钙离子, 微电极, 生物传感器, 扩散性抑制, 缺血
基于硫化镉量子点-二氧化钛复合材料的Hg2+光电化学生物传感器研究
郑姗 , 刘洋 , 陈飘飘 , 邢怡晨 , 张伟波 , 施娅颖 , 黄朝表
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.181818
以硫化镉量子点-二氧化钛(CdS QDs/TiO2)复合材料作为光电转换单元,构建了汞离子(Hg2+)光电化学(PEC)生物传感器。将两种不同带隙无机半导体CdS QDs和TiO2偶联以提高电极的性能,当用特定波长的光激发CdS QDs时,处于价带(VB)的电子(e-)跃迁至导带(CB),并在价带上产生空穴(h+)。由于TiO2的导带低于CdS QDs,激发态电子跃迁至TiO2,导致电子-空穴对(e--h+)的空间分离,有效抑制了它们的复合,从而提高了光电转换效率。利用两条互补的短链DNA构建了Hg2+传感器,其中一条富含T碱基的DNA单链因与Hg2+特异性结合形成T-Hg2+-T结构,无法与金纳米粒子标记的另一条DNA单链配对,进而抑制光电流的下降,实现了对Hg2+的灵敏检测。本方法的线性范围为1.0×10-10~1.5×10-7 mol/L,检出限为6.0×10-11 mol/L (S/N=3),灵敏度高,选择性好。
关键词: 光电化学, 汞离子, 生物传感器, 硫化镉量子点, 二氧化钛, 金纳米粒子
铅离子功能核酸比色生物传感器的构建及应用
李宸葳 , 林晟豪 , 杜再慧 , 孙春燕 , 许文涛
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191217
构建了铅离子(Pb2+)功能核酸比色生物传感器,用于可视化检测水中Pb2+。利用GR-5脱氧核酶对Pb2+特异性识别,对底物链切割,同时通过巧妙的核酸设计,将GR-5脱氧核酶的切割产物与显色模板结合形成G-四链体,其中显色模板主要包括与切割产物核酸的序列互补区、富含鸟嘌呤的G四链体形成区以及连接二者的间隔臂。在Pb2+存在时,GR-5脱氧核酶的底物链被识别、切割并释放,此切割产物与显色模板结合,并转化成G-四链体,由于G-四链体在特定条件下具有类过氧化物酶活性,可催化H2O2和3',3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)显色,基于此构建了Pb2+功能核酸比色生物传感器。优化的实验条件为:GR-5脱氧核酶的底物链和酶链最优配比1:1,切割时间3 min,显色模板浓度5 μmol/L,最适TMB用量50 μL。本传感器检测Pb2+的线性范围为25 nmol/L~2.5 μmol/L,线性关系为y=0.039x+0.3486(R=0.9904),检出限为10.1 nmol/L (3σ),用于自来水中Pb2+的检测,加标回收率为98.2%~115.5%。本方法具有灵敏度高、特异性强、操作简单等优点,具有良好的应用前景。
关键词: 铅离子, 功能核酸, 可视化, G-四链体, 生物传感器
神经疾病诊断与研究中的神经递质检测技术
都展宏 , 鲁艺 , 王立平
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191427
神经递质的在体检测不仅可能作为帕金森氏症、阿尔兹海默症、抑郁症等多种神经疾病的生物标记物,同时,这类传感器也可作为研究奖赏、成瘾、厌恶等多种行为产生机制的重要工具。近年来,多种检测神经递质的分析技术已得到了长足的发展,但目前应用于疾病研究和在体检测的传感技术与材料尚面临一些困难,只有较少的应用实例。本文主要介绍了癫痫、帕金森氏症、脑卒中、阿尔兹海默症、精神分裂等疾病中神经递质发挥的重要作用及其检测的科学意义,探讨了在体传感器技术的进展,以及可能用于解析疾病神经环路机制的相关技术和器件,重点探讨了多种纳米材料、导电聚合物材料和生物分子作为在体传感器组成成分的应用技术,以及未来这些新技术、新材料面临的机遇与挑战。
关键词: 神经递质, 生物传感器, 纳米材料, 成像技术, 疾病诊断, 评述