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比色生物传感器的研究现状

来源 : www.biosensor1.org   发布时间 : 2014-07-17
  比色生物传感器比色生物传感器是以生成有色化合物的显色反应为基础,通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。在重金属离子检测中,近年常用的显色物质为金属纳米颗粒,尤其是Au纳米颗粒(Aunanoparticles,AuNPs)。AuNPs是尺寸为1~100nm的Au颗粒,由于其具有高摩尔消光系数、独特的局部表面等离子共振特性和易于表面功能化等优点,被广泛地应用于比色传感中。
  以生物分子或有机小分子作为识别分子根据含有巯基、羧基、氨基的生物分子与Pb2+存在配位络合作用,利用Au-S键或Au-N键固定或吸附在AuNPs表面,制成Pb2+比色生物传感器。如谷胱甘肽(glutathione,GSH)含有2个羧基和1个氨基,可以和Pb2+结合。ChaiF等人用GSH修饰AuNPs,加入Pb2+后,由于Pb2+和GSH结合,AuNPs迅速聚集,溶液颜色从红色变为蓝色,其检测下限为100nmol/L。木瓜蛋白酶含7个半胱氨酸残基,可以和Hg2+,Pb2+,Cu2+结合,GuoY等人用木瓜蛋白酶修饰的AuNPs设计了一种同时检测Hg2+,Pb2+,Cu2+的比色生物传感器,该方法对这3种离子的检测下限均达到500nmol/L,不过需要指出的是,该方法难于实现单一离子的检测,且灵敏度有待提高。有机小分子也常被用作Pb2+的识别分子,如YoosafK等人根据没食子酸(gallicacid,GA)的酚羟基可以和Pb2+发生配位结合,利用GA修饰的AuNPs检测Pb2+。该传感器用GA做还原剂将氯金酸中的Au3+还原成Au0生成GA修饰的AuNPs,避免了柠檬酸还原法制备AuNPs时加热煮沸等耗时的步骤,该传感器的检测下限为5nmol/L。此外根据Pb2+在碱性溶液中易生成Pb(OH)3-,可以与羧基较强的结合,GuanJ等人用柠檬酸修饰的AuNPs,在pH为11.2时,对Pb2+进行检测。此时溶液中羟基浓度增加,抑制了其他离子和柠檬酸中羧基的结合,从而实现对Pb2+的特异性检测,其检测范围为0.2~15μmol/L。
  以生物分子或有机小分子作为识别分子的Pb2+比色生物传感器虽然在灵敏度上满足了实际应用的要求,但大多数还存在选择性差的问题。由于DNA具有如高亲和力、易于合成、稳定性,能快速固定在固体表面等优点,近年来提出了以DNA作为识别分子的Pb2+比色生物传感器。如“8-17”DNAzyme(包括酶链和基底链),Pb2+可以和酶链特异性结合,激活酶链的活性,裂解基底链(含活性酶链的切割位点)。LiuJW等人以“8-17”DNAzyme作为识别元件、以AuNPs作为传感元件设计了一种Pb2+比色生物传感器。“8-17”DNAzyme通过基底链两端和AuNPs表面修饰DNA片段的碱基配对,使AuNPs聚集;当加入Pb2+时,DNAzyme的基底链被裂解,酶链释放,从而导致AuNPs分散,颜色从蓝色变成红色。该方法检测下限为100nmol/L。利用DNAzyme存在着2个缺点:冗长的分析时间和所需系统温度的改变。此外,莫志宏等人利用Pb2+与富含G的核苷酸序列形成稳定的Pb2+-G-四联体结构,将富含G的核苷酸序列修饰到AuNPs表面,设计了一种Pb2+传感器。当加入Pb2+时,AuNPs表面的核苷酸形成了G-四联体结构,导致AuNPs聚集,溶液变色。该方法检测下限为20nmol/L,但是其选择性不好,易受Hg2+的干扰。与其他方法相比,比色生物传感器的大优势在于检测结果只需要裸眼观察,不需要其他先进的配套仪器,操作简单,因此,吸引了众多研究者的目光。

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