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1、西南大学研究生课程考试答卷纸考 试 科 目功 能 高分 子院、 所 、 中心化 学 化工 学 院专业或 专业 领域无机 化 学研 究 方 向金 属 有 机化 学级别2013 级学年2013-2014 学期第 二 学 期姓名熊 成 义学号112013316001103 类别 全 日 制 硕士（全日制博士全日制硕士教育硕士高师硕士工程硕士农推硕士兽医硕士进修 ) 2014 年 9 月研 究 生 院 制高分子化合物在生物传感器中的应用熊成义 西南大学化学化工学院，重庆400715 摘要生物传感器由于其灵敏度高、 选择性良好、 检测限低等一系列优势， 成为了近年来分析化学学科中的研究热点。而为了突破生
2、物传感器的限制， 从而高分子化合物被引入了传感器的制备过程中。高分子化合物在生物传感器中展现出了优良的性质，以及广泛的应用前景，成为了生物传感器的一个热点研究方向。前言生物传感器是分析生物技术的一个重要领域，它是一门由生物、 化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术，能够对所需检测的物质进行快速分析与追踪。 生物传感器作为直接或间接检测生物分子、生理或升华过程相关参数的新方法，因其具有灵敏度高、专一性强、样品需要量少、分析快速和操作简便等特点， 同时还利于计算机数据收集及处理，并且能实现在线活体检测，现已在生物医学、环境检测、食品、医药及军事医学等领域得到了深度、重视和广
3、泛应用。 随着纳米生物技术和纳米微电子加工技术的出现，无论在原理上还是在加工技术上都将为生物传感器的发展、变革创造新的契机。高分子化合物作为一种特殊的新型功能材料受到了人们的广泛关注。它不仅具有金属、半导体所具有的电学和光学属性，还具备了聚合物所特有良好的加工性能和力学性能。 随着科研工作者们的深入研究， 高分子化合物在众多领域有着广泛的应用：发光二极管、化学开关、化学传感器、生物传感器、电池、聚合物激光以及场效应晶体管 )。而随着传统生物传感器在各方面的研究越来越受限制，为了突破性能上的一些限制，高分子化合物被引入了生物传感器的研究过程中。在生物传感器的研究中，传感器的整体设计和合成是非常重
4、要的，将在很大程度上影响传感器的选择性和灵敏度。 而将高分子化合物引入了生物传感器的研究中，有效解决了一些纳米材料的合成与固载问题， 并显著改善了生物传感器的光电性能，拓展了生物传感器的应用范围，在生物传感器的研究领域展现了良好的应用前景和广阔的研究空间。高分子化合物在生物传感器中的研究现况将高分子化合物引入生物传感器的研究时间并不长，但是研究成果显著。利用高分子化合物， 可以有效解决在生物传感器的制备过程中，纳米材料难以固载，难以合成，传感器导电性能差，光性能不理想等一系列问题。现在高分子化合物在生物传感器中的应用主要有一下几个方面：1、利用高分子化合物合成并功能化纳米材料利用传统方法利用合
5、成纳米材料存在难以控制形貌，并且不易固载于生物传感器上的问题。 利用一些功能高分子材料就能有效控制纳米材料的形貌，并且改善一些纳米材料的性质，或者成为纳米材料的有效固载平台。Jeong等人利用聚酰胺-胺型树枝状高分子（ PAMAM ）原位还原形成了树枝状外观表面羧基化的纳米金粒子， 有效提高了传感器的电子传导效率，并且增大了传感器的表面积提高了第一抗体的固载量1。Yuan 等人利用聚醚酰亚胺（ PEI）还原氧化石墨烯制备了 PEI 功能化的还原氧化石墨烯。 将其引入传感器的构建过程中， 不仅有效改善了传感器的电子传导效率， 并且成功了为功能化石墨烯这种常见的纳米材料提供了简单又切实可行的方法2
6、。并且 Yuan 等人用 PAMAM 同样功能化了氧化石墨烯，达到了和 PEI 功能化的石墨烯类似的效果， 拓展了氧化石墨烯功能化的范畴，也拓展了高分子化合物在生物传感器中的应用3。 Jiang等人则利用 PAMAM功能化了表面没有任何基团ZnO 纳米棒， 拓展的 ZnO 纳米棒在传感器中的应用，而且帮助传感器固载了更多的发光物质鲁米诺，提高了传感器的响应信号， 明显改善了传感器的性能4。2、利用高分子化合物固载纳米材料以构建生物传感器在生物传感器的构建中， 纳米材料的固载方式一直是研究的热点之一。如何更加高效稳定的固载纳米材料成为了研究者的不懈追求。Kavosi 等人利用PAMAM 以固载更
7、多的纳米金粒子， 有效提高了纳米金粒子的固载量，提高了生物传感器的导电性5。3、利用高分子化合物识别并捕捉待测小分子利用高分子化合物的成形特点， 合成了一系列分子印迹高分子化合物，用以固载、识别或者检测生物分子。 Chianella等人合成了一种新型的分子印迹高分子聚合物用以替代生物合成的抗体用以酶联免疫检测中。有效降低了检测成本， 避免了抗体生产不易， 不便于运输与储存， 并且有效期短等一系列问题。 并且传感器的检测效果也优于传统的酶联免疫检测法6。 Li 等人利用普鲁士蓝合成了新型的分子印迹高分子聚合物， 并将其用于土霉素的检测中， 取得了良好的检测结果和优秀的选择性7。4、利用高分子化合
8、物作为电致化学发光传感器中的共反应试剂电致化学发光生物传感器， 作为近年来研究的较为热门的一类生物传感器得到了研究者的广泛关注。 在其研究过程中， 寻找新型的共反应试剂以及高效的固载发光试剂一直是困扰研究者的难题。 Liao 等人在传感器中引入了由PEI 合成的纳米微球，提高了第二抗体的固载量， 同时 PEI 作为发光试剂联吡啶钌的共反应试剂有效提高了传感器的响应信号， 为电致化学发光生物传感器的研究提供了崭新的思路8。Wang 等人利用 PEI 功能化了 Pd 纳米笼，并其利用自由基反应将发光试剂联吡啶钌与PEI 共聚，形成新的高分子化合物。 不仅有效提升了联吡啶钌的固载量又大幅提高了传感器
9、的响应信号，所制备的电致化学发光生物传感器有优良的检测性能9。展望将高分子化合物引入电致化学发光传感器的时间并不长，但却已经取得了显著地研究成果。 高分子化合物以其功能集团数量多，易于功能化或者修饰纳米材料， 以及一些特殊高分子材料的光电特性帮助传感器突破了传统生物传感器具有的一些限制。 显著改善了传感器的一些固有弊端，诸如电子传导效率低， 选择性不够理想， 难以固载纳米材料等等。 在诸多领域都显示出了广泛的应用前景，对传感器的研究具有相当积极的推动意义。相信在不远处的将来， 高分子化合物在生物传感器中将使用的更加广泛，方法更加多样， 使用的高分子化合物肿瘤也会越来越多。两者结合，必将产生更加
10、耀眼的科学火花。参考文献【1】 Jeong, B., Akter, R., Han, O. H., Rhee, C. K., & Rahman, M. A. (2013). Increased electrocatalyzed performance through dendrimer-encapsulated gold nanoparticles and carbon nanotube-assisted multiple bienzymatic labels: highly sensitive electrochemical immunosensor for protein detectio
11、n. Analytical chemistry, 85(3), 1784-1791. 【2】 Yuan, Y., Gou, X., Yuan, R., Chai, Y., Zhuo, Y., Ye, X., & Gan, X. (2011). Graphene-promoted 3, 4, 9, 10-perylenetetracarboxylic acid nanocomposite as redox probe in label-free electrochemical aptasensor. Biosensors and Bioelectronics, 30(1), 123-127. 【
12、3】 Yuan, Y., Liu, G., Yuan, R., Chai, Y., Gan, X., & Bai, L. (2013). Dendrimer functionalized reduced graphene oxide as nanocarrier for sensitive pseudobienzyme electrochemicalaptasensor. Biosensors and Bioelectronics, 42, 474-480. 【4】 Jiang, X., Wang, H., Yuan, R., & Chai, Y. (2014). Sensitive elec
13、trochemiluminescence detection for CA15-3 based on immobilizing luminol on dendrimer functionalized ZnO nanorods. Biosensors and Bioelectronics. 【5】 Kavosi, B., Salimi, A., Hallaj, R., & Amani, K. (2014). A highly sensitive prostate-specific antigen immunosensor based on gold nanoparticles/PAMAM den
14、drimer loaded on MWCNTS/chitosan/ionic liquid nanocomposite. Biosensors and Bioelectronics, 52, 20-28. 【6】 Chianella, I., Guerreiro, A., Moczko, E., Caygill, J. S., Piletska, E. V., De Vargas Sansalvador, I. M. P., . & Piletsky, S. A. (2013). Direct Replacement of Antibodies with Molecularly Imprint
15、ed Polymer Nanoparticles in ELISADevelopment of a Novel Assay for Vancomycin. Analytical chemistry, 85(17), 8462-8468. 【7】 Li, J., Li, Y., Zhang, Y., & Wei, G. (2012). Highly sensitive molecularly imprinted electrochemical sensor based on the double amplification by an inorganic prussian blue cataly
16、tic polymer and the enzymatic effect of glucose oxidase. Analytical chemistry, 84(4), 1888-1893. 【8】 Liao, N., Zhuo, Y., Chai, Y., Xiang, Y., Cao, Y., Yuan, R., & Han, J. (2012). Amplified electrochemiluminescent immunosensing using apoferritin-templated poly (ethylenimine) nanoparticles as co-reactant. Chem. Commun., 48(61), 7610-7612. 【9】 Wang, H., He, Y., Chai, Y., & Yuan, R. (2014). A super intramolecular self-enhanced electrochemiluminescence immunosensor based
