自供能型生物传感器的制备及智能化研究

以生物燃料电池为基础的自供能型生物传感器作为一种新型传感器，在生物医学和环境监测等领域有着广泛的应用前景。自供能传感器具有抗干扰能力强、生物相容性好、无需外加电源、结构简单易于微型化和集成化等优点，因此是未来传感器发展的一个新方向。但目前自供能生物传感器的应用报道还很少，检测体系较少和灵敏度还较低。鉴于此，本项目基于前期工作，拟结合纳米材料的生物相容性和电化学性质，开发高效稳定的生物燃料电池为自供能生物传感器提供良好的平台。利用激活剂和抑制剂以及代谢途径中反馈调节等作用，来扩展自供能生物传感器的检测体系，开发出一系列灵敏稳定的自供能生物传感器。将逻辑门与自供能传感器有机结合，设计合理有效的逻辑体系，用逻辑体系控制传感器的检测能力，最终实现对能够对目标分子智能识别的自供能生物传感器，为实现环境的实时监测和及时报警的应用和可植入体内的生物传感器的应用提供基础。

生物传感器在临床诊断､工业控制､食品和药物分析､生物医学､环境监测以及军事医学等研究领域中有着广泛的应用前景｡目前生物传感器已进入深入研究开发时期，结合纳米材料制备高灵敏度，高选择性，高稳定性，操作简易和仪器价格低廉的生物传感器是各国研究开发的热点。我们针对具有大的比表面积、高的表面化学活性、促进电子转移和生物兼容性的纳米材料制备及其在生物传感器中的应用进行了深入的研究。首先，我们设计和构筑了具有高效电催化氧还原活性的纳米结构，如石墨烯/Fe3O4纳米粒子复合气凝胶和基于多肽自组装合成了一维铂纳米粒子线，并它们对氧还原反应有较高的催化活性，有望成为燃料电池的电极材料。利用不同多肽小分子的自组装体制备了多种复合材料，如一维聚苯胺纳米纤维，多肽纳米球/金纳米粒子复合球，金纳米棒/FF多肽纤维，由于以多肽自组装体良好的生物相容性，我们考察了它们分别在DNA传感器，aptamer传感器和免疫传感器中的应用，均表现出良好的信号放大效应能够明显改善生物传感器的传感性能。我们还合成了多种功能化石墨烯复合物，研究了这些材料的电化学和光学性质，以及这些纳米材料对NADH，乙醇和葡萄糖的响应。最后我们还制备了胆红素氧化酶(BOD)/碳纳米管(CNT)/抗体（MAb2）的生物复合物充当检测探针作为生物催化剂来实现氧气在生物阴极的还原，同时作为信号分子来放大信号。并且成功构建了基于这种免疫阴极的自供能传感器，将在免疫传感器方面，开辟了一种新型简单的，经济的，敏感的，便携装置。