生物传感器论文范文参考 生物传感器毕业论文范文[精选]有关写作资料

目录

1. 第一篇生物传感器论文范文参考：DNA生物传感器及其在微流控芯片实验室中的应用研究
2. 第二篇生物传感器论文样文：基于石墨烯构建新型生物传感器的研究
3. 第三篇生物传感器论文范文模板：基于功能化纳米材料构建的新型酶生物传感器及其应用研究
4. 第四篇生物传感器论文范例：纳米材料的合成及其在表面等离子体共振生物传感器中的应用
5. 第五篇生物传感器论文范文格式：电化学石墨烯微纳葡萄糖生物传感器的研究

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第一篇生物传感器论文范文参考：DNA生物传感器及其在微流控芯片实验室中的应用研究

随着经济的发展和社会的进步,人们对健康医疗提出了更高的要求,而无论疾病的有效预防抑或治疗,都迫切需要便捷低廉、灵敏快速的人体医学检测手段；另一方面,环境污染、食品安全、恐怖袭击等带来的问题对人类的生存造成严重威胁,对环境污染物、食品添加剂、病毒细菌等目标的现场检测,也需要微型便携、操作简便、快速灵敏的检测分析设备.因此,便携便捷、低耗低廉、灵敏快速的生物学、化学检测分析手段是医学、环境、食品、反恐等多个社会领域的热点需求.

生物传感器是以生物材料或其衍生物作为分子识别元件的分析器件,具有专一性强、灵敏度高、分析过程简便等优势；微流控芯片实验室是在数平方厘米的芯片上构建的具有混合、分离、反应、检测等实验室操作综合功能的一体化平台,具有微型化、集成化、自动化、试剂能源低耗化等优势.本文旨在通过DNA生物传感器的方式,利用纳米技术、核酸适配体技术,实现对病毒基因、细菌细胞的快速检测,通过“非标记检测”、“完整细胞检测”等理念的实现,简化检测过程,提高检测效率；进一步地,分别将纳米DNA生物传感器、核酸适配体DNA生物传感器与微流控芯片实验室技术相结合,发挥二者各自的优势,以期实现便携便捷、低耗低廉、灵敏快速的分析检测目标.

本论文主要研究了包括纳米DNA生物传感器与核酸适配体DNA生物传感器在内的两类DNA生物传感器的构建及其结合微流控芯片实验室的应用.一方面,以基于碱基特异识别功能的DNA分子为分子识别元件,以纳米材料氧化石墨烯为换能元件,共同组成纳米生物传感器,实现对病毒基因的特异性检测；在此基础上,将纳米生物传感器作为检测模块,耦合到微流控芯片上,结合微流控芯片的进样、混合等模块,实现对病毒基因的低耗、快速检测.另一方面,以DNA分子空间立体识别功能为基础,建立Whole-cell SELEX的方法,筛选获得细菌细胞核酸适配体,实现对细菌完整细胞的高特异性、高亲和力识别；在此基础上,将核酸适配体固载到微流控芯片上,实现对细菌细胞的选择性捕获与检测.

一、研究了基于荧光共振能量转移（FRET）的纳米DNA生物传感器,实现了对病毒基因的快速检测.以目标基因的互补DNA分子荧光探针作为分子识别元件,以纳米材料氧化石墨烯作为换能元件,共同组成纳米生物传感器.氧化石墨烯能够吸附单链分子荧光探针并发生FRET效应导致荧光猝灭,当目标基因存在时,与分子荧光探针发生特异的碱基配对,形成双链复合物并从氧化石墨烯表面脱落,从而使荧光恢复.整个过程无需对目标分子进行标记,实现Analyte Label-Free (ALF)检测模式.

通过研究氧化石墨烯浓度对分子探针荧光猝灭的依赖关系,确定了纳米生物传感器构建过程中二者的最优组成为50μg/mL:20nM.纳米传感器构建完成后,分别对目标基因和具有错配碱基的对照基因的进行检测,结果表明纳米传感器对目标基因的检测具有特异性；通过对梯度浓度目标基因的检测信号的研究,表明纳米传感器对目标基因的检测具有定量能力,并取得基因浓度与检测信号的定量数学公式.更进一步,利用多聚分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）优化提升了纳米生物传感器对基因分子的检测能力,检测限从62.35nM降低到1.56nM,降低近50倍.此外,还通过研究纳米生物传感器检测目标基因的反应动力学,推测了纳米生物传感器检测基因分子时可能存在的物理化学机制.

二、将纳米生物传感器耦合到微流控芯片实验室,实现对病毒基因的快速检测.发挥纳米生物传感器对病毒基因的特异性、非标记的快速检测优势,作为分子识别检测模块耦合到微流控芯片上,结合微流控芯片的进样、混合等功能模块,实现对病毒基因的低耗、快速检测.

建立了多层三维精细结构光胶芯片的制作工艺,研究了芯片制作过程中镀铬载体、接触式光刻、复印式*、压力紫外联合键合等多项关键技术,保证了多层三维精细结构的成功构建,并实现了芯片加工制作的高效性和高成品率.芯片构建了进样、混合、检测、出样等不同功能区,其中在混合区设计制作了被动式Zigzag与Chaotic耦合微混合器,实现微流控芯片样品试剂的自动混合.芯片面积微小,仅有5.40cm2,并设有多个平行单元,能够完成多组样品的同时检测.

将样品与检测液同时加入到微流控芯片中,完成进样、混合、检测、出样等实验流程,实现对病毒基因的快速检测.研究了在微流控芯片实验室中氧化石墨烯浓度与分子探针荧光猝灭效率的相关性,确定了纳米生物传感器构建过程中氧化石墨烯与荧光分子探针的最优组成为300μg/mL:1μM.微流控芯片实现对目标基因、碱基错配基因、对照样品等的同时测定,结果表明基于纳米生物传感器的微流控芯片对目标基因检测具有特异性；通过对梯度浓度目标基因的检测,结果表明基于纳米生物传感器的微流控芯片对目标基因检测具有一定的定量能力.

三、通过建立Whole-cell SELEX方法,完成大肠杆菌活细胞核酸适配体的筛选与表征.Whole-cell SELEX方法直接以自然状态下的活细胞为目标,通过多轮进化式筛选,从寡核苷酸文库中筛选富集得到对细菌表面分子有高特异性及亲和力的核酸适配体.

在Whole-cell SELEX核酸适配体筛选过程中,通过对竞争分子数量的调节,不断提高筛选进化的压力,使核酸适配体的特异性增强；同时在每一轮筛选完成后,对富集得到的核酸适配体文库进行质量监测和亲和力监测,保证SELEX的效果.Whole-cellSELEX筛选进行了八轮,对核酸适配体文库与大肠杆菌的亲和力监测显示,亲和力随筛选轮数的增加而逐渐增大,到第六轮时到达峰值64.7%.

将亲和力最高的第六轮筛选富集到的核酸适配体库进行克隆与测序,最终获得40条理想的核酸适配体序列.通过模拟的方法对核酸适配体的序列和高级结构进行了分析,结果表明核酸适配体形成了茎环类及G-四链体的立体结构,推测核酸适配体可能通过茎环、G-四链体或复合结构与细菌细胞表面分子相互作用,发生特异性识别与结合.通过流式细胞术,测定了核酸适配体的亲和力与特异性,表明核酸适配体对目标细菌普遍具有较强的亲和力,最高到达62.3%,而且相比于其他细菌,核酸适配体对目标细菌具有更强的亲和力,这表明了核酸适配体对目标细菌的识别结合具备相当的特异性.此外,通过测定梯度浓度的核酸适配体对目标细菌的亲和力,拟合计算出核酸适配体与大肠杆菌结合的解离常数为24.8±,2.7nM,定量反映了核酸适配体对目标细菌具有较强的亲和力.

四、将核酸适配体耦合到微流控芯片实验室,实现对细菌细胞的选择性捕获与检测.发挥核酸适配体对细菌细胞特异性识别与结合的优势,作为细胞识别捕获元件固载到微流控芯片上,结合微流控芯片的优势,实现对细菌细胞的选择性捕获与检测.整个过程直接以自然状态下细菌的整细胞为检测目标,无需复杂的分离提纯过程,有助于检测过程的简化和效率的提高.

建立了PDMS-Glass杂合微流控芯片的制作工艺,研究了芯片制作过程中等离子氧化处理的时间及高深宽比条件下微通道宽度对芯片键合的影响.研究了通过生物素-亲和素高亲和力固载核酸适配体的方法,考察了核酸适配体在微流控芯片上的固载效果,实验证实了核酸适配体固载数量与浓度的相关性.通过微流控芯片、进样装置、检测装置等的组装,完成基于核酸适配体的微流控芯片实验室的构建.然后通过模式蛋白的检测,对基于核酸适配体的微流控芯片进行了性能测试,验证了装置的可行性.完成了基于核酸适配体的微流控芯片对细菌细胞的选择性捕获与检测,结果显示目标细菌细胞在微流控芯片上被捕获的数目比对照细胞高2个近数量级,表明固载有大肠杆菌核酸适配体的微流控芯片能够选择性地捕获大肠杆菌,实现对大肠杆菌的选择性捕获与检测；通过对梯度浓度的目标细菌检测的研究,表明微流控芯片对目标细菌的检测具有一定的定量能力,并取得细菌与检测信号的定量数学公式.

总之,基于FRET的纳米生物传感器的构建及大肠杆菌核酸适配体的筛选,将有助于从基因水平、细胞水平对目标物的快速、灵敏、特异检测；而纳米生物传感器、核酸适配体传感器结合微流控芯片实验室技术的研究,将助于实现便携便捷、低耗低廉、灵敏快速的分析检测手段,在医学诊断、环境保护、食品安全、反恐检测等领域发挥积极的作用.

第二篇生物传感器论文样文：基于石墨烯构建新型生物传感器的研究

生物传感器是利用生物材料(包括酶,抗体,核酸,细胞,组织等)结合物理化学方法对被测物进行检测的装置.生物传感器具有灵敏度高、特异性强、可实现实时检测等优点,在临床检验、环境监测、以及生命科学研究等领域具有广泛的应用价值.石墨烯(graphene)是由碳原子蜂巢状排列构成的具有单层原子厚度的新型片状结构二维材料,它具有独特的电子学、光学、机械、热学以及电化学特性,基于石墨烯构建新型生物传感器,不仅丰富了传感器的构建材料,而且,借助石墨烯特有的性质,可以研制许多新型的生物传感器,本论文正是基于此开展了一些工作,并取得了一些结果,具体如下.

1.基于氧化石墨烯和脱氧核酶构建双信号比色法DNA传感器

本章中,利用氧化石墨烯和过氧化物酶类似核酶,作者提出了一种新型的具有双重信号输出的策略构建了DNA比色法传感器.该设计中的双功能DNA探针整合了过氧化物酶类似核酶序列和目标DNA的互补序列.探针的目标DNA互补序列可以通过π-π堆叠作用吸附到氧化石墨烯表面；然而,当存在目标DNA时,石墨烯-DNA探针相互作用遭到破坏,导致离心分离后,过氧化物酶活性探针从石墨烯沉淀转移到上清当中,因此,上清中可以得到该核酶催化产生的比色信号,通过肉眼简单观察沉淀或者上清催化反应的颜色深浅变化,就可以达到检测目标DNA的目的.另外,通过对双重比色信号(沉淀中为“信号-关”,上清中为“信号-开”)进行数学运算,可以大大提高该传感器的效能.

2.基于氧化石墨烯与核酸适体功能化金纳米颗粒构建比色法ATP生物传感器

本章中,作者利用核酸适体功能化金纳米颗粒与氧化石墨烯之间的相互作用,构建了新型比色法ATP传感器.当溶液中没有ATP时,金纳米颗粒借助表面修饰的核酸适体吸附到二维氧化石墨烯平面的两侧,最终形成超级夹心三明治结构而沉淀析出.然而,当检测体现中存在ATP时,适体结合ATP发生折叠,金纳米颗粒则不会结合到石墨烯上,因而稳定存在于溶液之中,因此作者使用金纳米颗粒和氧化石墨烯构建了比色法ATP传感器.该传感器可以通过紫外-可见光谱分析,甚至可以直接用肉眼观测达到检测ATP的目的,而通过改变金纳米颗粒上修饰的适体,该传感器还有望发展成为用于DNA、金属离子、小分子、蛋白质等多种物质检测的生物传感器.

3.基于硫堇-石墨烯复合物构建胰蛋白酶电化学生物传感器

本章中,作者利用多肽和石墨烯的相互作用构建了一种简单的无标记胰蛋白酶电化学传感器.作者设计了一段胰蛋白酶的底物多肽,这条多肽通过C末端半胱氨酸修饰在金电极表面,其N末端的组氨酸则可以通过π-π作用及静电作用吸附石墨烯,然而,当检测体系中存在胰蛋白酶时,多肽序列经过酶消化,暴露出来的丝氨酸残基与石墨烯的作用非常微弱,因而导致石墨烯无法吸附在电极表面,通过检测吸附在石墨烯表面报告分子(硫茧)的电化学信号,作者因此研制了一种基于硫堇-石墨烯复合物的胰蛋白酶电化学生物传感器.由于石墨烯具有较大的比表面积,具有巨大的负载能力,因而可以吸附大量报告分子,具有信号放大的作用,因此,该传感器可以具有很高的灵敏度.此外,该传感器不仅操作简便,无需特殊标记,而且,通过改变切割的序列,还可以设计成用于其它蛋白酶检测的传感器.

4.基于DNA功能化石墨烯构建小分子三维“纳米避难所”

电极界面的纳米组装结构可以赋予电极更多功能,作者利用DNA功能化氧化石墨烯,在电极表面搭建了三维“纳米避难所”结构用于保护信号分子.实验中,作者首先将DNA1利用金巯键固定在金电极表而,然后加入DNA2功能化的氧化石墨烯,通过一段与DNA1和DNA2均存在部分互补的连接DNA将上述分子连接到电极表面,形成以氧化石墨烯为顶棚,DNA为支柱的三维“纳米避难所”结构.随后,作者选取一个有电化学活性的小分子,研究其进出“纳米避难所”的扩散过程,结果表明,“纳米避难所”可以明显阻挡电化学活性小分子从本体溶液进入避难所内部,同时,反向的过程也受到削弱.因此,“纳米避难所”可以延长电化学活性小分子的保留时间,并且阻挡外界的干扰,从而提高检测的灵敏度和特异性,为发展新型生物传感器打下了基础.

5.基于氧化石墨烯和阳极氧化铝膜构建小分子响应的智能膜开关

本章中,作者利用ATP适体和氧化石墨烯设计了一种ATP响应的智能膜开关.作者结合氧化石墨烯,以适体作为新型的识别及响应元件,首先将ATP适体修饰在喷金的阳极氧化铝表面.当检测体系中没有ATP存在时,修饰的ATP适体可以通过π-π作用吸附氧化石墨烯,从而封闭膜表面的孔道,阻止分子通过,膜为闭合状态.然而,当膜预先和ATP作用,适体结合ATP,不再结合氧化石墨烯时,膜为开放状态.实验结果表明,膜对ATP有良好响应,并且对膜孔的调节与ATP的浓度相关,因而可以实现连续调控.此外,考虑到适体的多样性,选取不同的适体序列,可以开发出响应不同分子的膜开关,拓展该体系的应用范围,为发展新型生物传感器创造了条件.

第三篇生物传感器论文范文模板：基于功能化纳米材料构建的新型酶生物传感器及其应用研究

生命科学在探究生命本质和各种生命活动内在规律的过程中,需要理清复杂样品体系的组成、性质、功能以及变异等信息.这使得其向分析科学在对复杂样品体系的分离、分析方面提出了新的要求：不仅要求分析化学提供可进行准确的定性、定量分析的检测方法,而且要能够提供最全面的整合数据信息；要求分析化学工作者在发展高灵敏度、稳定性好、重现性好的离体检测方法的同时,开展对痕量的生物活性物质进行实时、原位、活体分析的研究.其中,光电化学生物传感器可实现对多种物质的高灵敏检测,且具有检测快速以及重现性好等重要性能,为深入开展对微量、痕量物质的快速、灵敏分析检测提供了技术支持和保障.目前,光电化学生物传感器已经成为生命科学、环境科学、安全防恐、农业科学等领域探究科学原理和各种内在机制的有力工具.光电化学生物传感器是基于光电化学反应过程中产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系进行定量检测的.对光敏材料光电转换效率的提高以及稳定性的改善是光电生物传感器高灵敏度、高稳定性等性能的重要保障,因此对光敏材料的研究已成为光电化学生物传感器研究中的核心内容之一.

本论文的主要研究工作集中在制备了3种以二氧化钛纳米管阵列为基质的光敏半导体纳米复合材料：Ag/N-F-TNs,ZnONRs/TNs, GC-HBAP/Pty/TNs.将光敏性纳米半导体复合材料与电化学生物传感技术相结合,构建了光电化学生物传感器,并用于乙酰胆碱酯酶活性变化研究,探究了内源性神经毒素、重金属离子和抗精神类药物等物质对酶的活性损伤；进行了光电化学方法测定酶活性的研究,并对实际样品进行检测.制备了聚硫堇-金纳米粒子复合材料并构建了双电极多酶传感器检测体系,用所构建的检测体系对生物样品中葡萄糖和胆固醇进行同时检测,讨论动脉粥样硬化的高血糖机制.本论文的具体工作包含下述几个方面：

第一章绪论

本章第一节介绍电化学生物传感器的概念、工作原理、分类与应用.第二节首先介绍光电化学的基本概念与信号响应原理,然后介绍了常用的光敏活性材料及其在光电化学生物传感器中的应用研究.第三节*绍电化学生物传感器在对与老年化疾病致病机理相关的酶活性的变化、血糖、胆固醇含量的测定中的应用.最后阐述本论文所开展工作的意义.

第二章基于可见光激发的光电化学传感器制备及其应用

第一节光电化学传感器用于内源性神经毒素对乙酰胆碱酯酶的活性损伤研究

1(R)-*-6,7-二羟基-1,2,3,4-四氢异喹啉[(R)-Sal]和1(R),2(N)-二*-6,7-二羟基-1,2,3,4-四氢异喹啉(R)-NMSal]这两种内源性神经毒素在神经退行性疾病致病机理研究中已引起广泛关注,本文中制备了一种新颖的基于可见光激发的光电化学传感器并将之应用于(R)-Sal和()(R)-NMSal对乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)活性损伤的研究.光电传感器的制备分为三个步骤：首先,将金属钛片通过电化学阳极氧化法制得氮、氟元素同时掺杂的二氧化钛纳米管阵列；然后应用微波辅助加热多元醇法将银纳米粒子(AgNPs)修饰在二氧化钛纳米管阵列中；最后,以壳聚糖作为交联剂将AChE修饰在电极表面所构建的传感器标记为AChE/Ag/N-F-TNs.氮、氟元素的同时掺杂使得光电化学传感器能够在可见光辐照下产生较强的光电流,银纳米粒子可增强传感器的光电流响应.以所制备的光电化学传感器进行了(R)-Sal和(R)-NMSal对AChE活性损伤的研究.实验结果表明,(R)-Sal和(R)-NMSal对乙酰胆碱酯酶活性的损伤均表现为可逆线性混合Ⅰ型抑制,这为AChE在神经退行性疾病的致病机理、药物筛选以及酶生物传感技术等方面提供重要的实验依据.

第二节光电化学传感器测定小鼠血清中AChE活力

乙酰胆碱酯酶活性研究是开展神经退行性疾病致病机理研究的重要方面.基于光电分析构建的光电化学生物传感器具有较高的灵敏度.本文中所制备的具有可见光活性的AChE/Ag/N-F-TNs光电化学生物传感器具有宽的线性范围和较高的灵敏度,可适用于对生物样品中AChE活力的测定.实验结果表明,光电流响应与AChE活力在10U/L～2000U/L范围内呈良好的线性关系.光生电流增加值与酶活力的线性方程为：y等于5.72×,10-2x+15.95,相关系数为99.76%,检测限为2U/L.将该光电化学酶生物传感器用于检测小鼠血清中AChE活力,取得满意的结果.所制备的光电化学酶生物传感器灵敏度高,响应快速,为研究AChE等重要靶向分子的活性及其变化提供了新的检测方法.

第三章基于金属氧化物半导体复合纳米材料构建的光电化学传感器制备及其在Cd2+离子对乙酰胆碱酯酶活性抑制研究中的应用

镉(Cd)是一种有毒重金属,能够影响人体内多种酶活性的改变,因而即使较低剂量也会对人体健康造成慢性中毒.Cd对神经退行性疾病致病机理影响的研究已引起人们的广泛关注,临床研究中已报道了Cd急性中毒诱发帕金森综合症(PD)的病例.本文中制备了二氧化钛纳米管阵列(TNs)和氧化锌纳米棒的复合纳米材料,以此构建的新型光电化学传感器(AChE/ZnONRs/TNs)用于研究Cd2+对乙酰胆碱酯酶(AChE)活性影响的研究.实验结果表明,氧化锌纳米棒与TNs的耦合可改善复合材料对可见光的吸收,增大光电流.实验结果表明Cd2+对AChE活性的影响呈现出时间依赖和浓度依赖的特点.这不仅为Cd2+对AChE活性影响提供了重要的实验依据,而且为评估重金属离子以及微量元素对酶等生物活性物质损伤提供了一种新的研究方法.

第四章单分子聚合物纳米颗粒-二氧化钛纳米管阵列构建的光电化学传感器用于氯氮平对乙酰胆碱酯酶活性影响的研究

本论文研究中基于单分子聚合物纳米颗粒和二氧化钛纳米管阵列研制了一种新型的光电化学酶传感器,并用于研究氯氮平对乙酰胆碱酯酶活性的影响.首先制备了金纳米粒子-超分子聚合物的单分子纳米颗粒(GC-HBAP),将其修饰在功能化的TNs表面,通过交联剂固定乙酰胆碱酯酶制备了具有可见光活性的光电化学酶传感器,并应用于氯氮平对乙酰胆碱酯酶活性影响的研究.研究表明,氯氮平对乙酰胆碱酯酶活性的影响体现出底物依赖的特点,即低浓度底物时表现为抑制,随着底物浓度的增加,体现为激活作用.研究结果为临床研究中应用抗精神类药物辅助治疗晚期帕金森综合症提供了有价值的体外实验依据,同时所构建的检测体系也适用于评价抗精神类药物对酶活性的影响.

第五章双电极多酶传感器检测体系同时检测大鼠血清与腹腔巨噬细胞内葡萄糖与胆固醇的研究

本文中,制备了一种新颖的双电极多酶传感器检测体系,通过该体系实现了对大鼠血清和腹腔巨噬细胞内葡萄糖与胆固醇的同时检测,并应用于“对高血糖诱发动脉粥样硬化”模型的解释.传感器通过三步法进行制备：首先以循环伏安法在玻碳电极表面电聚合聚硫堇(PTH)膜层；然后通过吸附作用将金纳米粒子(GNPs)修饰在聚硫堇膜层上；最后以壳聚糖作为交联剂将葡萄糖氧化酶(GOx)修饰在电极1上制得葡萄糖电化学传感器,将胆固醇酯酶(ChE)和胆固醇氧化酶(ChOx)修饰在电极2上制得胆固醇电化学传感器.葡萄糖传感器上信号响应与葡萄糖浓度在0.008～6.0mM范围内呈良好线性关系,检测限仅为2.0μM.胆固醇传感器上信号响应与胆固醇浓度在0.002～1.0mM范围内呈良好线性关系,检测限仅为0.6μM.检测体系对大鼠样品检测结果表明：正常大鼠和糖尿病模型大鼠血清中葡萄糖含量与胆固醇含量的变化无相关性,且胆固醇含量随血糖含量的升高增加不明显.但糖尿病模型大鼠巨噬细胞内葡萄糖和胆固醇含量随血清中血糖的增大而增加.本论文研究结果为解释“高血糖诱发巨噬细胞泡沫化促进动脉粥样硬化风险”的病理学假说模型提供了重要的实验依据和补充说明.

第四篇生物传感器论文范例：纳米材料的合成及其在表面等离子体共振生物传感器中的应用

基于生物传感器的技术是一种由生物、化学、物理、电子等学科互相渗透而衍生出的新技术,具有分析速度快、灵敏度高、选择性好、在复杂体系中能在线连续监测等众多优点,因而受到极大关注且近几十年来发展十分迅速.生物传感器是指用来测定生物分子的传感器,它以生物成分为敏感元件,对生物分子十分敏感,通过换能器将其浓度转化为电信号用于分析检测,广泛应用于环境监测、食品工业、临床检验、军事医学等众多领域.生物传感器种类繁多,其中最为普遍的是光学生物传感器和电化学生物传感器.大多数生物传感器在样品分析前都需要对样品进行标记,比如酶标记、荧光标记等,不但标记过程复杂,而且还会干扰原始体系的性质,进而影响生物分子的活性.表面等离子体共振（SPR）生物传感器是一种典型的光学生物传感器,具有无需对样品进行标记、待测分析物无需纯化等优点,更能实时监测生物分子结合反应的动力学过程,提供高度精确的实验结果,被认为是研究生物分子间相互作用最为重要的工具之一.本论文主要研究了纳米材料在SPR生物传感器中的应用,讨论了其对传感器的性能和灵敏度的影响.论文首先详细地介绍了SPR生物传感器的检测原理、检测装置、特点、应用领域及其与其他技术的联用情况,同时系统介绍了纳米材料的研究背景、制备方法及其在生物传感器方面的应用.

以Fe3O4纳米粒子为种子,采用种子生长法合成了Fe3O4-金纳米棒（Fe3O4-AuNR）纳米复合物,将其应用在SPR生物传感器中作为基底来固定抗体,实现了对羊IgM的检测.Fe3O4-AuNR纳米复合物既具有磁性又具有优异的光学特性,有利于抗体的固定和传感器灵敏度的提高.同时此方法简化了实验步骤,且形成的敏感膜容易再生.利用磁铁将Fe3O4-AuNR纳米复合物固定在SPR生物传感器金膜表面,然后在金纳米棒表面修饰上羧基,经过活化后即可用于连接抗体,进而研究抗体-抗原间的相互作用.基于Fe3O4-AuNR纳米复合物修饰的SPR生物传感器,对羊IgM的检测浓度范围是0.15-40.00μg mL-1.而没有纳米复合物修饰的传统的SPR生物传感器,对羊IgM的检测浓度范围是1.25-40.00μg mL-1.实验结果表明,Fe3O4-AuNR纳米复合物在SPR生物传感器上的应用可大大提高传感器的性能.

充分结合金纳米棒（GNR）和磁纳米粒子的优点,合成了GNR-Fe3O4纳米复合物,并应用在SPR生物传感器中来检测鼠IgG.分别合成表面带正电荷的GNR和表面带负电荷的Fe3O4纳米粒子,通过漩涡混合将二者通过静电作用组装形成GNR-Fe3O4纳米复合物,再对其表面进行醛基化修饰.合成方法简单、快速且易操作.磁性纳米复合物通过外加磁铁的作用被吸附固定在SPR生物传感器金膜表面,抗体表面的氨基与纳米复合物表面的醛基直接发生希夫碱反应,便可完成抗体的固定,用于生物分析.与传统的在金膜表面抗体固定的过程相比,此方法省略了大量试剂的使用,极大地简化了固定过程,加快了生物分子的检测.基于GNR-Fe3O4纳米复合物修饰的SPR生物传感器测得的鼠IgG的最低检测浓度是0.15μg mL-1,比未经修饰的传统的SPR生物传感器测得的鼠IgG的最低浓度降低了约16倍.

氧化石墨烯（GO）具有大的比表面积、平坦的表面、含氧功能团多且富含π共轭结构和良好的生物相容性,非常适合用作生物分子的载体,可通过静电吸附、共价、非共价等作用与生物分子结合.构建基于GO修饰的SPR生物传感器,利用GO来固定抗体,取代了传统的通过巯基丙酸固定抗体的方式.GO因富含羧基等含氧官能团而带负电荷,通过静电作用即可将其固定在预先修饰好带正电荷的金膜表面,将GO表面的羧基活化后即可用于抗体的固定.实验结果表明,GO固定的抗体数量更多,更有利于抗体的固定.为了进一步地提高检测的灵敏度,将抗原与金纳米棒形成偶联物后再注入流通池进行检测,放大了响应信号,降低了检测限,此时对人IgG的最低检测浓度为0.075μg mL-1.

当石墨烯与聚合物、半导体和金属纳米粒子等结合在一起,形成复合材料时表现出更加多样化的性质,比如优良的催化性、导电性和独特的光学性质等.分别组装了基于金-石墨烯（Au-Gra）和银-石墨烯（Ag-Gra）纳米复合物修饰的SPR生物传感器,用于抗体-抗原免疫检测,该传感器无需标记,具有高灵敏度和高选择性.Au-Gra和Ag-Gra纳米复合物的合成方法简单快速,通过1,6-己二硫醇形成共价连接而固定在传感器金膜表面.抗体则利用巯基丙酸结合在纳米复合物表面.基于Au-Gra纳米复合物修饰的SPR生物传感器对鼠IgG的检测范围为0.30-40.00μg mL-1,基于Ag-Gra纳米复合物修饰的SPR生物传感器对鼠IgG的检测范围则为0.15-40.00μg mL-1.实验结果表明,Ag-Gra纳米复合物比Au-Gra纳米复合物更有利于提高传感器的灵敏度.

将金纳米棒和氧化石墨烯修饰在SPR生物传感器金膜表面,用于检测牛IgG.金纳米棒具有横向和纵向两个表面等离子体吸收峰,且纵向吸收峰随着长径比的不同而变化,对周围环境介电性质的变化更加灵敏.金纳米棒通过1,6-己二硫醇固定在传感器表面,采用种子生长法合成的金纳米棒表面带正电荷,采用Hummers方法合成的氧化石墨烯带负电荷,通过静电作用氧化石墨烯就能结合在金纳米棒表面,用于抗体的固定,进行抗体-抗原免疫检测.基于GNRs/GO修饰的SPR生物传感器对牛IgG的响应范围是0.075-40.00μg mL-1,得到的最低检测浓度比基于巯基丙酸修饰的SPR生物传感器获得的降低了约32倍.金纳米棒和氧化石墨烯的应用大大提高了SPR生物传感器的灵敏度.

比较了不同形貌的金纳米粒子对SPR生物传感器和电化学生物传感器用来研究生物分子间相互作用时的影响.采用种子生长法合成了金纳米棒和金纳米双锥.抗体通过共价键作用连接在各种金纳米粒子表面,形成金纳米粒子-抗体偶联物作为二级抗体,采用三明治夹心法来检测人IgG.实验结果表明,基于金纳米棒和金纳米双锥修饰的传感器比没有纳米粒子修饰的传感器对人IgG的最低检测浓度分别降低了16倍和64倍,金纳米双锥比金纳米棒都表现出更高的灵敏度.通过比较SPR生物传感器和电化学生物传感器的检测结果,相同条件下,利用电化学传感器能得到更低的检测限.

第五篇生物传感器论文范文格式：电化学石墨烯微纳葡萄糖生物传感器的研究

糖尿病是一种因体内胰岛素分泌缺陷或组织细胞胰岛素抵抗引起的以高血糖为特征的代谢性疾病,对糖尿病患者进行诊断和血糖控制需要时常检测血液中的葡萄糖浓度,因此葡萄糖生物传感器是必不可少的检测装置.葡萄糖传感器的研究也成为生物传感器领域一个非常重要的研究方向.经过国内外学者数十年的努力,葡萄糖生物传感器的研究取得了巨大的进步,实现了试纸条血糖检测和短期连续血糖监测,但在传感器检测的便捷性、稳定性、可靠性、长期实时性等方面仍然面临很大的挑战,研究开发基于新材料、新技术和新工艺的新型葡萄糖生物传感器仍然是当前研究工作的热点.新型材料是推动传感器发展的基础,石墨烯作为一种新型纳米材料具有导电性好、比表面积大、机械性能佳等优异特性,在电化学生物传感器领域展现出良好的应用前景.然而,石墨烯纳米材料在电化学生物传感器应用中存在易团聚、难分散、成膜结构致密等问题.针对这些问题,本论文主要开展了电化学还原羧基石墨烯技术研究及其在直接电子传递葡萄糖生物传感器中的应用研究,石墨烯与蚕丝纤维复合纳米材料制备技术研究及其在柔性葡萄糖生物传感器中的应用研究,并在此基础上开展了葡萄糖传感器平面微电极设计与制作、恒电势电路设计、无线通讯电路设计等葡萄糖生物传感器系统集成方面的研究工作.主要研究内容和创新点如下：(1) 提出通过电化学还原方法对羧基化石墨烯进行还原,并利用多种分析技术手段对电化学还原羧基石墨烯进行了表征和研究.研究结果证实了电化学还原法在提高羧基石墨烯导电性方面的有效性.(2) 通过电化学还原方法制备了还原羧基石墨烯修饰的玻碳电极(ERCGr/GCE),再通过EDC/NHS对ERCGr表面残留的羧基进行活化,并把葡萄糖氧化酶(GOx)通过共价结合的方式固定到ERCGr表面,制得ERCGr-GOx/GCE.实验结果表明GOx在ERCGr/GCE表面可以实现直接电子传递,有效提高了电极对葡萄糖的电化学催化响应.(3) 提出了一种将石墨烯包裹在蚕丝纤维上制备导电纤维的方法.通过将去除丝胶的蚕丝纤维在氧化石墨烯(GO)溶液中染色可以将GO薄片吸附到蚕丝纤维上,并通过抗坏血酸对蚕丝纤维表面的GO进行还原,制得柔性导电纤维.研究表明该石墨烯包裹蚕丝纤维还具有良好的弯曲性能,使其在穿戴式电子设备、柔性导线、柔性电极等方面具有良好的应用前景.(4)提出了一种制备双面异性石墨烯/蚕丝(G/S)复合薄膜的方法.该复合薄膜具有双面异性的结构特征,适合于纳米颗粒和生物分子的修饰与固定,同时有利于电解液和待测分子的扩散和渗透,具有良好的导电性和机械强度,可以直接作为电极基底材料.该G/S复合薄膜可以广泛应用于超级电容和电化学传感器领域.(5) 通过电化学沉积法在G/S复合薄膜表面修饰铂纳米球,电化学测试表明该尖刺状铂纳米球修饰的G/S复合薄膜对H2O2具有良好的催化性能,线性检测范围为0.01mM～2.OmM,灵敏度为0.56 mA mM-1cm-2,最低检测限可以低至0.2 p,M.通过戊二醛交联方法将GOx与BSA交联固定,制得柔性葡萄糖生物传感器,线性检测范围为O.1 mM～10mM,传感器灵敏度为150.8 μA mM-1cm-2,最低检测限为1μM,传感器还具有良好的稳定性和弯曲性能,在保存两周后其相对电流响应保持初始响应的98%,在200次弯折之后保持初始响应的94%.(6) 本论文还开展了电化学葡萄糖生物传感器系统集成方面的研究工作.设计并制作了基于高精度、低噪声、低输入偏置电流放大器的恒电势检测电路；基于医疗植入式射频收发器ZL70102的MICS频段低功耗短距离无线通讯电路；通过微电子加工工艺,制作了葡萄糖传感器平面微电极,传感器线性检测范围为0-30mM,灵敏度为2.28 μA mM-1cm-2；最后通过高密度电路集成技术和平面微电子绑定技术实现了葡萄糖生物传感器的小型化系统集成,系统体积仅为0.76 cm3.

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