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1、密级：中国科学院大学U n i v e r s i t yo fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s博士学位论文2 0 1 3 年0 5 月M e m b r a n eE l e c t r o d e sB yIX u e w e iW a n gAD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e dt oU n i v e r s i t yo fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e sI np a r t i a lf u l f i l l m e n to
2、 f t h er e q u i r e m e n tF o rt h ed e g r e eo fD o c t o ro fE n g i n e e r i n gi nE n v i r o n m e n t a lS c i e n c eY a n t a iI n s t i t u t eo fC o a s t a lZ o n eR e s e a r c h ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e sM a y , 2 0 1 3关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将
3、本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院烟台海岸带研究所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院烟台海岸带研究所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院烟台海岸带研究所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。( 涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：主，爹f 丰导师签名：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研
4、究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：妁年导师签名日期： ，； - o 0 4仃；m 0 8Cn J2 - 0 1 2o 2 6图卜9 基于电流调控底物释放的无试剂检测有机磷农药示意图畸刳。F i g 1 - 9S c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no ft h er e g e a n t l e s ss e n s i n go fo r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e sb a s e do nc
5、u r r e n t d r i v e ni o nf l u xo fe n z y m es u b s g a t e s I 绪论VAr a g e2It i m eC u E 。kl图1 - 1 0 采用宏命令控制计时电流和计时电位模式转换，实现电流驱动底物离子的聚合物膜离子选择性电极生物传感：( A ) 溶液中酶；( B ) 固定化酶。其中，实线表示电流，虚线表示电位；过程1 记录零电流条件下的电极电位；过程2 记录施加恒电流时的电极电位，此过程控制底物在电极表面的释放，用以检测固定化酶传感信号：过程3 记录零电流时的电极电位，此过程能使底物和酶充分反应，用以检测溶液中酶的传感
6、信号；过程4 通过在电级上施加恒电位实现电极更新瞄“。r i g 1 1 0T y p i c a lc u r r e n t - t i m e ( s o l i dl i n e ) a n dp o t e n t i a l - t i m e ( d a s h e dl i n e ) t r a c e sd u r i n gm a c r o c o m m a n d c o n t r o l l e dp r o c e d u r e sf o rs w i t c h i n gb e t w e e nt h ep o t e n t i o s t a t
7、i ca n dg a l v a n o s t a t i cs t e p s P r o t o c o l sAa n dBw e r eu s e df o rm e a s u r i n gf r e ee n z y m ea n di t si n h i b i t o rw i t hi m m o b i l i z e de n z y m e r e s p e c t i v e l y P u l s e sla n d3a l em e a s u r e m e n tp u l s e su n d e rz e r o c u r r e n tc o
8、 n d k i o m A na n o d i cc u r r e n t ( 5 肚) W a sa p p l i e df o rs u b s t r a t er e l e a s e ( p u l s e2 ) P o t e n t i o s t a t i cv o l t a g ec o n t r o la tt h eo p e n c i r c u i tp o t e n t i a lo ft h ee l e c t r o d ei nt h ea b s e n c eo fa n a l y t eW a su s e df o rm e m
9、 b r a n er e s t o r a t i o n ( p u l s e4 ) ( 5 ) 聚离子选择性电极指示酶促反应聚离子电极是一类针对生物大分子的特殊离子选择性电极。聚离子电极可以通过直接电位法检测鱼精蛋白、肝素等离子。利用聚离子与酶的反应，也能够发展相应的间接电位分析技术。比如，鱼精蛋白敏感电极能够指示蛋白酶对鱼精蛋白的水解作用，进而指示蛋白酶的活性。但是，该方法的灵敏度较低【5 引。为此，M e y e r h o f f 课题组提出了以聚阳离子聚阴离子复合物为底物的蛋白酶检测方法( 图1 1 1 ) 。蛋白酶水解鱼精蛋白戌聚糖聚硫酸复合物中的鱼精蛋白，释放出自由态的戌
10、聚糖聚硫酸，并在聚阴离子电极上产生电位响应。该方法是一种“关开”模式的检测方法，对胰岛素的检出限为5U m L 【54 | 。基于聚合物膜电极的非经典间接电位分析技术F r e ei n t a c tP P Sa n d 甜d b m l n ef r a g m e n t s图卜1 1 电化学蛋白酶检测示意图。图中聚阳离子聚阴离子复合物可被降解聚阳离子的蛋白酶破坏聃1 。F i g 1 - 1 1S c h e m a t i co f t h ee l e c t r o c h e m i c a lp r o t e a s ea s s a yf o r m a t , i nw
11、 h i c hap o l y c a t i o n p o l y a n i o nc o m p l e xi sd i s r u p t e db yt h ea c t i o no fp r o t e a s eo nt h ep o l y c a t i o n i cp e p t i d e ( p r o t a m i n e ) c o m p o n e n to ft h ec o m p l e x 1 3 2 基于非酶促氧化还原反应的间接电位分析技术我们课题组发展了基于三十二烷基甲基氯化胺为离子交换剂的高锰酸根离子选择性电极。结合抗坏血酸对高锰酸根的氧
12、化还原作用，发展了一种不需要外加试剂的抗坏血酸间接电位分析技术。该方法能够准确用于蔬菜和药物中抗坏血酸含量的检测【5 5 】。近年来，P r e t s c h ，W a n g ，和B a k k e r 等课题组在基于纳米粒子氧化还原反应的间接电位分析方面取得了一系列重要成果 5 6 - 5 9 1 。利用银包金纳米标记二抗，通过氧化反应将银转化为银离子，进而结合低检出限银离子选择性电极实现对二抗的检测。结合夹心免疫分析，该方法能够用于检测抗原。研究者进一步利用硒化镉量子点代替银包金纳米粒子，将免疫分析的检出限降低至了1n g m l 。1 6篓1 绪论手写 4 0EC2 0Z 山 O1O
13、1I o g ( I g G t g l m L )图卜1 2 基于银包金纳米粒子在低检出限银离子选择性电极上产生间接电位信号的免疫分析技术1 。F i g 1 - 1 2P o t e n t i o m e l r i ci m m u n o a s s a yu s i n gt h ei n d i r e c tp o t e n t i a ls i g n a lo fs i l v e r - c o a t e dg o l do nal o w - d e t e c t i o n - l i m i tA g + - s e l e c t i v ee l e c
14、t r o d e i 2 L 当2 名( a )( b )丛熊( e ld )图卜1 3 基于硒化镉量子点在低检出限镉离子选择性电极上产生间接电位信号的免疫分析技术1 。F i g 1 - 1 3P o t e n t i o m e t r i ci m m u n o a s s a yu s i n gt h ei n d i r e c tp o t e n t i a ls i g n a lo fC d S eq u a n t u md o to nal o w d e t e c t i o n 1 i m i tC d 2 + - s e l e c t i v ee l
15、e c 缸- 0 d e 基于类似的原理，研究者发展了第一个基于核酸适配体的电位传感技术。利用固定在金基底上的探针适配体和硫化镉标记的指示适配体，氧化溶解后的镉离子能够在低检出限镉离子选择性电极产生显著电位响应，进而实现对核酸适体靶标的检测。该方法对凝血酶的检出限为5p p b ，动力学范围为1 0 2 5 0p p b 。利用硫化镉标记的核酸为指示探针，镉离子选择性电极也可以用于核酸杂交反应。该方法对单链D N A 的检出限为1 0p M ，检测范围为0 0 1 到3 0 0n M 。1 7R0一时一H V 柚芒+濉+矿，勾艘争基于聚合物膜电极的非经典间接电位分析技术礴S e c o n d
16、 a r ya p t a m e r ,ABC嗡V C d2 图1 - 1 4A ：硫醇和核酸适体在金基底形成混合单层；B ：凝血酶的加入和与核酸适体的结合；C ：硫化镉标记的指示适配体的结合；D ：硫化镉量子点的溶解和固体接触式镉离子选择性微电极对镉离子浓度的检测5 引。F i g 1 1 4 ( A ) F o r m a t i o no fam i x e dm o n o l a y e ro ft h i o l a t e da p t a m e ro ng o l ds u b s t r a t e ；( B )t h r o m b i na d d i t i o na n db m d i n gw i t ha p t a m e r ；( C ) s e c o n d a r yb i n d i n gw i t h C d S - l a b e l e da p t a r n e r ；( D )d i s s
