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生物传感技术是由多种学科互相渗透而成长起来的一门高新技术。电化学生物传感器由于具有选择性好、灵敏度高、分析快速、成本低等优点,已在生物医学、环境监测、食品及军事等领域显示出广阔的应用前景。近年来,在电极表面进行生物界面的设计引起了广泛关注,纳米科技的诞生为这一领域的研究注入了新的活力。纳米材料具有良好的光学、电学、磁学、生物相容性和催化等性能,且与某些生物分子在尺寸上较接近。将一些新颖的纳米生物界面与电化学检测系统相结合以构建纳米生物电化学传感器并用于生物和医学方面的检测成为了人们研究的热点。鉴于此,本论文探讨和研究了基于某些功能纳米界面的电化学传感系统在肿瘤细胞和生物分子识别检测中的应用。
癌症作为一种目前较难医治的疾病之一,它的准确检测及有效治疗一直是生物学、医学等相关领域的研究重点。本文将二氧化钛纳米粒子和纳米金-聚乳酸纳米纤维复合物引入到肿瘤细胞的高灵敏识别检测中。以白血病敏感和耐药等细胞作为研究对象,利用二氧化钛纳米粒子和纳米金-聚乳酸纳米纤维复合物修饰ITO电极得到基于相应纳米界面的生物传感器,通过电化学手段来对其进行检测。研究结果表明,所制备的新型纳米界面不仅具有良好的亲水性,有利于细胞的吸附和其活性的保留,还可以显著地加速电子在电解质溶液和电极表面之间的传递。进一步将其用于肿瘤细胞的检测,利用其电化学性质的显著差异可以快速区分形态和形貌基本相同的白血病敏感和耐药两种细胞,同时实现其高灵敏检测。这种灵敏度高、检测限低、线性范围宽的细胞传感器对于临床上实现癌症的早期诊断和治疗过程的监控等方面具有重要的意义和潜在的应用前景。
同时,我们还探讨了β-环糊精和碳纳米管复合物修饰界面在生物分子NADH的电催化氧化中的应用。环糊精是超分子化学中最重要的主体之一,内腔呈疏水环境,外侧因羟基的聚集而呈亲水性,这种独特的两亲性结构可使它作为“主体”与许多疏水性的有机、无机和生物分子形成主客包合物。最近环糊精在选择性修饰电极方面的应用也受到了很大关注。我们将β-环糊精和碳纳米管制成复合物以改进碳纳米管的溶解性和分散性,并将此复合物修饰ITO电极用于NADH的电催化氧化研究。我们发现该复合物修饰电极不仅可以显著提高NADH的检测灵敏度,还大大降低了NADH的氧化过电位。这些结果表明β-CD/MWNT复合物对NADH有良好的电催化氧化作用。