[發(fā)明專利]一種聚合物納米陣列電化學生物傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710012286.5
• 申請日: 2007-07-27
• 公開（公告）號: CN101354373A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常海欣;關(guān)一夫;袁瑩;石南林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國醫(yī)科大學;中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 樊南星

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及化學與材料科學以及傳感測試技術(shù)，特別提供了一種聚合物納米陣列電化學生物傳感器。

背景技術(shù)：

關(guān)于電化學生物傳感器的相關(guān)技術(shù)狀況簡介如下：

1、導(dǎo)電聚合物在電化學生物傳感器中已經(jīng)有了較為廣泛和深入的應(yīng)用。1986年，F(xiàn)oulds和Lowe將葡萄糖氧化酶(GOD)包埋在吡咯聚合物中，并以此構(gòu)建了酶傳感器，揭開了導(dǎo)電聚合物構(gòu)建生物傳感器的序幕。隨后，許多學者相繼將不同的酶、輔酶、抗體、核酸及其衍生物甚至細胞和組織等生物物質(zhì)固定于不同的導(dǎo)電聚合物中，形成各種新型的生物傳感器。導(dǎo)電聚合物生物傳感器的主要特點是響應(yīng)性能強，制作過程簡單可控。長期以來有關(guān)電化學傳感器的研究主要圍繞著酶傳感器。近年來，利用導(dǎo)電聚合物為基質(zhì)材料的生物傳感器來研究核酸及其衍生物的報道呈上升趨勢。雖然電化學生物傳感器具有檢測速度快的特點，但是靈敏度只在pmol/L的水平上，這還不能滿足分子診斷等實際應(yīng)用的要求。

隨著分子生物學技術(shù)的快速發(fā)展和人類基因組計劃的完成，對于核酸分子檢測的意義越來越為重要。目前通用的檢測方法多依賴于聚合酶鏈擴增技術(shù)(polymerase?chain?reaction，PCR)。PCR方法比較昂貴而且檢測過程長，在擴增過程中還容易引入錯配，并且檢測靈敏度也有限定。如何進行快速、準確、靈敏、以及環(huán)境友好的進行檢測一直是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究關(guān)注的課題。

由導(dǎo)電聚合物制備的傳感器具有響應(yīng)快、檢出限低、線性范圍寬等優(yōu)點。聚苯胺傳感器已經(jīng)應(yīng)用于氣體監(jiān)測上。在生物分子的檢測上有葡萄糖傳感器和尿酸酶傳感器等。在現(xiàn)有的導(dǎo)電高分子生物傳感器中，導(dǎo)電高分子多以顆粒聚合膜的形式存在。這是一種非定向的纖維狀態(tài)，影響了導(dǎo)電高分子生物傳感器的靈敏度。

導(dǎo)電聚合物電化學生物傳感器一般由三部分組成：支持電極(提供機械結(jié)構(gòu)以及傳導(dǎo)電信號)，附著在支持電極上的導(dǎo)電聚合膜(用于固定生物傳感元件)，和固定在導(dǎo)電聚合膜上的生物傳感元件(用于特異性地識別待檢測物質(zhì)并與之發(fā)生反應(yīng))。導(dǎo)電聚合膜的厚度、形態(tài)、孔隙度都直接影響生物傳感器的檢測性質(zhì)。

現(xiàn)在有些研究中，在生物傳感器上使聚合物以微管陣列的形式存在，因而具有較高比表面積，這樣就大大增加了被探測物質(zhì)(通常只有大約10^-10M或者更低的濃度)與電極之間的接觸，因而也具有較高的靈敏度，但是該靈敏度仍舊較低，不能滿足實際應(yīng)用的需要。

2、納米技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用

針對普通電化學生物傳感器存在的選擇性差、靈敏度低，穩(wěn)定性差等缺點，納米技術(shù)以及納米材料提供了較好的解決辦法。各種金屬納米顆粒、納米線以及納米管都可用于改善電化學電極的表面特性，提高生物傳感器的靈敏度與穩(wěn)定性。納米金粒子已經(jīng)被用于高靈敏的核酸檢測中。Mirkin等利用納米金標記的寡核苷酸顯著地改變了雜交核酸雙鏈的解鏈特性。這種方法與銀顆粒的催化增強效應(yīng)結(jié)合后，可以使檢測靈敏度高于傳統(tǒng)的熒光檢測靈敏度的100倍。他們還將該方法派生出結(jié)合納米金顆粒的電子檢測方段。Wang等發(fā)展了一種基于電活性的微球核酸及其衍生物檢測方法。金與銅的合金納米顆粒也被用于高靈敏度的核酸檢測。另外，納米碳管涂層、陣列、復(fù)合材料都已用于核酸檢測。納米碳管作為探針的固定媒介和雜交信號的轉(zhuǎn)換媒介，極大提高了核酸生物傳感器的靈敏度。硼摻雜的硅半導(dǎo)體納米線也用于實時的高靈敏度生物檢測方法。由于硅納米線在生物檢測過程中，表面電荷的變化而引起的硅納米線質(zhì)子化與去質(zhì)子化引起的導(dǎo)電率隨pH值變化，且在較大的范圍內(nèi)表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系。

3、聚合物納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用

使用聚合物納米材料作為生物傳感器敏感元件，同樣可以極大地增加傳感器與被檢測物質(zhì)的接觸，提高電極表面積，進而提高生物傳感器的靈敏度。這使它在環(huán)境監(jiān)測、細菌探測、糖尿病葡萄糖檢測以及各種生物大分子檢測中極大地提高了傳感器的靈敏度(幾個數(shù)量級)，為更好地保護環(huán)境、早期疑難疾病的高精度檢測提供了可能，因此成為聚合物納米材料研究最多的方面之一。

目前利用導(dǎo)電聚合物納米材料作為修飾傳感電極的傳感元件，多是納米顆粒薄膜或者非定向的聚合物納米纖維陣列。這種聚合物納米材料的生物傳感器靈敏度遠低于納米金或納米碳管的生物傳感器，不能滿足實際檢測的需要。

因此，人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的利用導(dǎo)電聚合物納米材料的電化學生物傳感器。

發(fā)明內(nèi)容：