[發(fā)明專利]對(duì)過氧化氫和多酚類化合物高靈敏度檢測的生物傳感器、制備及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410140564.5
• 申請(qǐng)日: 2014-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN104977337A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔金明;于雪花;胡瓊;胡偉文;張學(xué)記
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/30
• 分類號(hào): G01N27/30;G01N27/26;B82Y15/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物傳感器、制備及其應(yīng)用，特別是一種對(duì)過氧化氫和多酚類化合物高靈敏度檢測的生物傳感器、制備及應(yīng)用。?

背景技術(shù)

卟啉及其衍生化合物廣泛存在于生物體內(nèi)和能量轉(zhuǎn)移相關(guān)的重要細(xì)胞器內(nèi)。鐵卟啉(Hemin)是血紅蛋白的活性中心，在運(yùn)輸氧的過程中起重要作用。血色素與鐵卟啉結(jié)構(gòu)類似，三價(jià)鐵離子為其活性中心，血色素對(duì)氮?dú)?、氧氣、一氧化氮、二氧化碳和過氧化物等有極高的催化性能，其催化活性是由與卟啉環(huán)配位的三價(jià)鐵離子在得失電子過程中提供。但是，由于缺乏適宜的仿生環(huán)境，其電子傳遞效率大大低于天然酶，因此為了實(shí)現(xiàn)其在電極表面可逆的直接電子轉(zhuǎn)移，選擇合適的電極修飾材料和固定方法就顯得非常重要。?

目前研究較多的是石墨烯和碳納米管等，由于石墨烯和碳納米管的量子尺寸效應(yīng)和大的共軛表面，使得其在促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移方面有著不可或缺的作用，石墨烯和碳納米管的使用為血色素的高效仿生催化提供了可能。數(shù)年來，研究者一直致力于如何更好地將血色素穩(wěn)定的固定于石墨烯或碳納米管上。郭通過將血色素連接到石墨烯納米片上，使石墨烯納米片功能化，之后將功能化石墨烯修飾于玻碳電極上，這種將石墨烯納米片功能化的方法制備過程復(fù)雜，不易操作且納米片大小不易控制，所以重復(fù)性不高[Sens?Actuators?B,2011,160:295-300]。韋使用的是用還原性氧化石墨烯固定血色素，這種方法雖制備相對(duì)簡單，但是檢測靈敏度不高[Nanotechnol,2012,23:335707-335714]。屠采用的是碳納米管與血色素之間的協(xié)同作用，將血色素固定于碳納米管上，這種協(xié)同作用不穩(wěn)定，且固定的血色素的量不易控制[Acid.Chem?Eur?J,2009,15:779-784]。2001年，陳成功的利用1-芘丁酸將蛋白質(zhì)固定于碳納米管上，之后1-芘丁酸作為一種新型的生物分子與碳材料之間的連接劑被廣泛關(guān)注[J.Am.Chem.Soc.2001,123,3838-3839]。1-芘丁酸包含四個(gè)苯環(huán)，可以與碳納米管和石墨烯通過π-π堆積作用穩(wěn)定結(jié)合，所以，1-芘丁酸可以作為連接蛋白質(zhì)和其他生物分子到碳材料上的一種手段。然而無論是石墨烯還是碳納米管，它們的前期處理均較復(fù)雜且當(dāng)其修飾到電極上時(shí)不易穩(wěn)定，所以我們一直致力于研究一種制備過程簡單且性能穩(wěn)定的仿生?傳感器，?

聚3,4-乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS),自20世紀(jì)80年代合成后，已被作為一種穩(wěn)定的共價(jià)聚合物廣泛使用，PEDOT電子傳遞速率高且極易成膜。研究表明，PEDOT作為修飾電極材料對(duì)酚類化合物，多巴胺，尿酸和嗎啡等有良好的電催化性能。另外，PEDOT-PSS含有大π鍵的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以通過π-π共軛作用有力的連接含有苯環(huán)的化合物，這樣可同時(shí)發(fā)揮PEDOT促進(jìn)電子傳遞的優(yōu)良特性，但是目前通過PEDOT的π-π共軛作用制備仿生傳感器還尚未發(fā)現(xiàn)。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)傳感器制備過程復(fù)雜，且靈敏度不高等缺陷，我們的目的在于提供一種生物傳感器、制備及其應(yīng)用。?

發(fā)明原理：通過對(duì)1-芘丁酸連接蛋白質(zhì)到碳納米管上的理論研究發(fā)現(xiàn)1-芘丁酸與碳納米管之間存在π-π共軛作用，這種連接作用力穩(wěn)定，且可同時(shí)發(fā)揮碳納米管的優(yōu)勢，然而碳納米管前期處理較復(fù)雜且當(dāng)其修飾到電極上時(shí)不穩(wěn)定，為了研發(fā)出制備過程簡單且性能穩(wěn)定的仿生傳感器，我們探索到一種與碳納米管類似的可通過π-π共軛作用連接1-芘丁酸的聚合物：聚3,4-乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)，PEDOT-PSS性能穩(wěn)定，電子傳遞速率高且極易成膜，制備過程簡單。本發(fā)明第一次采用PEDOT作為電極修飾材料連接1-芘丁酸，在極性有機(jī)溶劑DMF中，1-芘丁酸可以不可逆地吸附到聚3,4-乙撐二氧噻吩（PEDOT）膜的疏水表面。基于以上考慮，我們首次利用π-π共軛效應(yīng)，將1-芘丁酸與導(dǎo)電高聚物PEDOT相連，同時(shí)，利用ZrOCl₂可與羧基形成羧基-Zr⁴⁺-羧基配位鍵的性質(zhì)，將血色素固定于1-芘丁酸上。?

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種對(duì)過氧化氫和多酚類化合物高靈敏度檢測的生物傳感器，所述生物傳感器是以血色素為主體、PEDOT為修飾材料、1-芘丁酸為中間連接劑，將PEDOT與1-芘丁酸通過π-π共軛作用連接，1-芘丁酸與血色素通過鋯離子的配位化學(xué)作用形成的仿生傳感器，其結(jié)構(gòu)如下：?

A:PEDOT；B：血色素；C：1-芘丁酸?