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基于电化学方法的生物传感器具有高灵敏度、高选择性及低成本的特点,其可以用来检测DNA及蛋白质等,因此,在近20年,其在医药卫生、生物工程、环保等诸多领域都得到了广泛的应用。另外,石墨烯由于具有多种传统材料所不具备的特性,如传输电流的速度比电脑芯片里的硅还要快以及能够吸附和脱附许多电子的供体或者受体等,因此,将其与生物活性物质共同构建的体系能够表现出比传统体系更优良的性能。以上各方面的研究将会成为生命科学与化学交叉学科研究的热门领域之一,本论文研究工作正是基于此而展开。
1.检测腺苷脱氨酶活性的电化学新方法
我们提出了一种基于分裂适体的无标记电化学检测腺苷脱氨酶的新方法。该方法采用了一段特殊的DNA序列,包含了分裂开的hemin的适体、腺苷的适体以及处在中间的连接部分。由于腺苷和其适体的特异性结合力很高,因此二者可以先特异地结合,然而,在腺苷脱氨酶的作用下腺苷转变为次黄嘌呤,而次黄嘌呤与适体的亲和力很低,因此,该DNA序列就可以很好地与hemin结合,形成特异性的结构以利于hemin的电信号的产生。因此,我们就可以利用hemin间接地表征腺苷脱氨酶的活性,检测下限可以达到0.2U ml-1。此外,使用该检测体系,我们还成功的得到了腺苷脱氨酶活性被抑制一半时抑制剂的浓度。在我们设计的体系中,由于电信号大小可直接反映出酶活性的大小,并且,hemin在实验过程中均是自吸附,无需标记在DNA序列上,因此大大简化了实验的复杂程度。
2.氧化石墨稀多层中蛋白质之间的电子传递
至今为止,虽然已经发展了许多电极修饰技术,同时,许多膜材料也被应用到蛋白膜电化学体系中,但有序地构建电极表面两蛋白质之间电子传递系统的报道还很少。在本章中,我们利用氧化石墨烯作为骨架,通过静电吸附作用,在电极表面自组装构建了多层蛋白质层,我们采用了细胞色素c和胆红素氧化酶或细胞色素c和葡萄糖氧化酶作为研究对象,将细胞色素c和另一蛋白质共修饰在金电极表面。经过电化学扫描后,获得了蛋白质之间的电子传递响应,电信号随着层数的增加而增大,我们得到了细胞色素c和胆红素氧化酶修饰9层后的电子传递,并且催化电流达到了初始状态的6倍。由于所采用的材料-氧化石墨烯不是导体,其在蛋白质之间电子传递过程中不能充当媒介物,因此,实验结果能更好地反映天然蛋白质相互作用的真实情况。