基于一体化螺吡喃衍生物探针构建比率型电化学生物传感平台的研究

The quantitative detection results of ratiometric electrochemical sensor were unchangeable with the concentration of probe and the electrode status, because they were based on the ratio values of two peak current intensities. Thus it has a higher stability and accuracy, and was broadly applied in the field of biochemical sensing. In this project, we proposed to construct a ratiometric electrochemical .detection platform utilizing the isomerism character of spiropyran, which is our ongoing interest. Three targets which were selected form neutral molecules, anions and cations rspectively were researched as model targets. Ferrocene was introduced as an internal standard redox group, three kinds of dual-electrical signal spiropyran probe were synthesized by designing recognition site to the corresponding targets. Then, the cross linking and enhancing electron transferring effects of carbon nanomaterials were used to construct a spiropyran derivatives modified glass carbon electrode, the ratiometric electrochemical detection method in complex matrix was established. Finally, the sensitivity, selectivity and stability of the proposed method were evaluated. The achievement of this project will put forward a new strategy for the design of spiropyran derivatives, promote the development of electrochemical organic molecular probe and provide evidence for the research of novel electrochemical biosensors.

比率型电化学传感器因其能够利用两电流峰的比值进行定量，测定结果不随探针浓度、电极状态等环境因素的变化而变化，具有更高的稳定性和准确率，在生化传感领域具有广阔的应用前景。本项目拟基于申请人前期的研究经验，利用螺吡喃分子易发生互变异构的特性，设计并合成新型的基于一体化螺吡喃衍生物探针的比率型电化学生物传感平台。从中性分子、阴离子和阳离子目标物中各选择一种作为代表，通过引入相应的识别位点，以二茂铁作为内标型电活性基团，合成对应于三种目标物的双电流信号螺吡喃衍生物探针。其次，通过碳纳米材料的桥连作用与增强电子传输作用构建复合物修饰的玻碳电极，建立复杂体系中目标物的比率型电化学检测方法。最后，对于方法的检测灵敏度、选择性与稳定性等性能进行评价。本项目的完成将提出螺吡喃衍生物探针设计的新策略和新方法，促进电化学有机分子探针的发展，为新型电化学生物传感平台的研究提供思路。

针对目前电化学传感器用于分析检测中遇到的重现性差、准确率不高等科学问题，本项目申请人利用探针分子容易发生互变异构的特点，通过合理地引入内标型电活性基团，引入相应的识别位点，设计具有双电流响应信号的一体化电化学探针，并最终构建了一种新型的比率型电化学生物传感平台。实现目标物稳定、灵敏地电化学分析，并应用于实际样品中的高选择性分析，为新型电化学传感器的构建提供参考。主要进行了以下三个方面的研究。(1) 我们基于一体化探针结合碳纳米角(CNHs)修饰电极构建了比例型电化学传感器，用于α-葡萄糖苷酶的及其抑制剂的分析，该传感器可以同时提供内标信号和目标型响应信号,并且其比值只与目标物浓度有关，不受探针浓度、电极条件等因素的影响。(2) 我们合成了Cu-MOF材料，然后将其与碳纳米角(CNHs)进行复合，在最佳条件下，复合材料修饰电极对葡萄糖有较好的检测效果。我们将制备的葡萄糖传感器应用于实际样品的分析，包括人体血清和商业品牌梨汁中葡萄糖的检测，并将人血清中葡萄糖的检测结果与临床标准方法（己糖激酶法）进行了比较。(3) 在纳米酶的生物医学应用中，活性氧介导的肿瘤化学动力学治疗策略备受关注。由于肿瘤微环境的特性，有限的过氧化氢供给及较高的谷胱甘肽(GSH)浓度都会限制羟基自由基的产量,因此需要设计出具有GSH消耗特性和过氧化氢生成特性的纳米材料来改善化学动力学治疗的效果。针对这一问题，我们以金属有机框架MIL-101为稳定载体，利用电置换反应制备出一系列尺寸均一的超细合金纳米粒子，其中负载铜-钯合金纳米粒子的复合物(Cu-Pd@MIL-101-PEG, CPMP)表现出模拟过氧化酶与超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽清除的协同作用。CPMP在肿瘤微环境下有利于产生足够多的活性氧，从而通过增强的化学动力学原理诱导肿瘤细胞凋亡。项目执行期内，总共发表7篇SCI论文，申请1项专利，其中，6篇论文对本项目进行了第一标注，1篇进行第二标注。