[00946289]用于糖化血红蛋白检测的新型电化学生物传感器研究

1、课题来源与背景：该项目是国家自然科学基金青年科学基金项目，合同编号：61301038。2、研究目的与意义：该项目拟以血红素为研究对象，以二茂铁为电化学探针，设计并合成新型电化学生物传感器，利用自组装方法将其固定在电极表面，电化学方法检测血红素，再根据血红蛋白和糖化血红蛋白之间的电化学信号差异，实现二者的快速准确检测。糖化血红蛋白是糖尿病控制、预测、筛选、诊断、疗效评估的有效检测指标。3、创见与创新：将具有良好电化学性质的二茂铁(Fc)作为电化学探针，与含有巯基的氨基酸、小分子多肽，如半胱氨酸(Cys)、还原型谷胱甘肽(ECG)结合，合成二茂铁二甲酰半胱氨酸[Fc(Cys)2]，二茂铁甲酰谷胱甘肽(Fc-ECG)等含有巯基的二茂铁衍生物，研究这些二茂铁衍生物与血红素、血红蛋白的相互作用；并通过化学或物理方法将含有巯基的二茂铁衍生物固定在裸金电极上制备电化学生物传感器，建立电化学方法检测血红素、血红蛋白的平台，实现血红蛋白的定量检测。得到研究结果如下：（1）合成了Fc(Cys)2，Fc-ECG等二茂铁衍生物，并研究了它们的电化学性质；（2）Fc(Cys)2，Fc-ECG等二茂铁衍生物不仅具有良好电化学性质，而且是生物活性分子，在溶液中可与血红素、血红蛋白相互作用。（3）通过Fc(Cys)2和Fc-ECG等小分子，可以用简单的电化学方法，从分子层面上研究二茂铁衍生物与血红素、血红蛋白的作用；（4）基于Au-S键的特性，通过电沉积和溶液挥发法制备了固定含有巯基的二茂铁衍生物的电化学生物传感器，利用电化学传感器建立微分脉冲伏安法(DPV)和交流阻抗法（EIS）检测血红素、血红蛋白的平台，血红蛋白和传感器之间的电子传递正是基于Fc/Fc⁺之间的单电子氧化还原反应。所取得的结果进一步完善电化学传感器的理论和技术，丰富了血红蛋白的检测方法。糖化血红蛋白的检测及智能化正在探索和实施中。4、社会经济效益：第一阶段的工作为电化学生物传感器的前体，即含有巯基的二茂铁衍生物的合成、表征以及与一些金属离子相互作用，已完成。研究结果发表在“European Journal of Inorganic Chemistry, 2014, 31: 5337-5347”上，题目为“Synthesis, Characterization of Some Ferrocenoyl Cysteine and Histidine Conjugates, and Their Interactions with Some Metal Ions”。重点考察几种二茂铁衍生物和血红素是否有分子间的相互作用。首先采用电化学方法研究二茂铁衍生物和血红素相互作用情况，并在第十二届全国化学传感器学术会议论文集发表会议论文，题目为：“二茂铁衍生物与血红素的电化学性质研究”，同时获得2014年广西高校化学化工类论文及设计竞赛二等奖。其次，通过紫外-可见光谱法研究了二茂铁衍生物和血红素相互作用情况，佐证了电化学的实验结果。实验结果表明二茂铁衍生物不仅具有良好电化学性质，而且是生物活性分子，在溶液中可与血红素相互作用。因此，通过二茂铁衍生物等小分子，可以用简单的电化学方法和光谱法，从分子层面上研究二茂铁衍生物与血红素的作用。第二阶段，选取含有巯基的二茂铁衍生物，即二茂铁二甲酰半胱氨酸，采用电化学方法，如循环伏安法（CV）和微分脉冲伏安法(DPV)研究其与血红素，牛血红蛋白和人血红蛋白的相互作用情况，其中“二茂铁二甲酸半胱氨酸与血红素的作用初探”获得2014年广西高校化学化工类论文及设计竞赛二等奖。在溶液中采用DPV法研究了二茂铁二甲酰半胱氨酸与牛血红蛋白和人血红蛋白的相互作用情况，当固定浓度二茂铁二甲酰半胱氨酸与不同浓度的牛血红蛋白、人血红蛋白溶液混合后，通过DPV法获得电流差值与血红蛋白浓度满足的线性方程，计算相关系数和检测限。在上述工作的基础上，通过电沉积法和溶液挥发法将二茂铁二甲酰半胱氨酸通过Au-S健固定在金电极上，通过DPV法和交流阻抗法（EIS）法获得电流差值与血红蛋白浓度满足的线性方程，计算相关系数和检测限，实现未知浓度血红蛋白的电化学方法检测。利用电化学传感器建立DPV法和EIS法检测血红蛋白的平台，进探索和理论分析，发现血红蛋白和传感器之间的电子传递正式基于Fc/Fc⁺之间的单电子氧化还原反应。所取得的结果进一步完善电化学传感器的理论和技术，丰富了血红蛋白的检测方法。项目组在该项目资助下，共发表SCI学术论文12篇。共培养硕士研究生7人，其中3人已毕业，4人在读。