电化学生物传感器 2008

Electrochemical evaluation of lectin-sugar interaction on gold electrode modified with colloidal gold and polyvinyl butyral.

Colloids and surfaces. B, Biointerfaces Oliveira MD, Correia MT, Coelho LC, Diniz FB
阅读原文 PDF DOI PubMed

组成图示

Electrochemical evaluation of lectin-... 传感器构成示意图

点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制

传感器类型

电化学生物传感器

检测对象

卵白蛋白(ovalbumin,糖蛋白)、葡萄糖(glucose);样品基质为 PBS 缓冲液(pH 7.4),文中亦提出可应用于人血清。

检测原理

该传感器以凝集素为识别元件,利用其特异性结合卵白蛋白中的寡甘露糖链或葡萄糖单糖。当靶物与电极表面 ConA/CramoLL 结合后,形成凝集素-糖复合物,改变金电极界面的电子转移阻隔:卵白蛋白结合使界面更致密,阻碍 [Fe(CN)6]3-/4- 探针接近电极,EIS 中电荷转移电阻 RCT 增大,CV 中阳极峰电流降低、峰间距增大;葡萄糖则增加界面渗透性,使 RCT 降低、电流升高。信号随卵白蛋白浓度增加而增强,ConA 呈浓度依赖线性响应,CramoLL 在高浓度趋于饱和。该体系未使用酶或核酸放大,仅依赖界面电子转移变化实现检测。

检测灵敏度

原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数;仅测试卵白蛋白 25–200 μg/mL 浓度范围。

效应效果

EIS 与 CV 均证实修饰电极对卵白蛋白产生正响应,乳糖不引起 RCT 变化,说明响应来自凝集素-糖特异性相互作用而非非特异吸附。固定浓度下,ConA 体系 ΔRCT 为 112%,CramoLL 为 60.1%;200 μg/mL 卵白蛋白的 CV 分析中,ΔI 分别为 198% 和 50.5%。葡萄糖使 ΔRCT 为 -43.6%(ConA)和 -23.7%(CramoLL),表明其增加界面渗透性。ConA 对卵白蛋白响应最强,且随浓度呈线性变化,CramoLL 呈饱和响应。测量重复三次结果相近,但未报告 RSD、稳定性、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。作者认为该体系可用于人血清糖蛋白或免疫球蛋白相关疾病诊断。

传感器的构成

  • 基底/换能器电极:金盘电极(Au electrode,d=2 mm),经机械抛光和 NaOH 阳极预处理,提供导电基底与电子转移动态。
  • 纳米材料修饰层:胶体金纳米颗粒(AuNp,约16 nm,柠檬酸钠还原 HAuCl4 制备),通过蛋白氨基/半胱氨酸与凝集素结合,增强界面负载。
  • 识别元件:刀豆蛋白A(ConA)或 Cratylia mollis 凝集素(CramoLL),固定于 AuNp 上,特异性识别甘露糖/葡萄糖基及卵白蛋白寡甘露糖链。
  • 聚合物固定层:聚乙烯醇缩丁醛(PVB,2% v/v 乙醇溶液),与 AuNp-凝集素形成溶胶-凝胶/球状三维膜,固定识别元件并调节界面阻隔。
  • 封闭剂:牛血清白蛋白(BSA,0.2% PBS,37°C 20 min),封闭剩余金表面和非特异位点。
  • 氧化还原探针/信号标记物:铁氰化钾/亚铁氰化钾(K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6],10 mM,1:1,PBS pH 7.4),作为电子转移探针,其电流/阻抗随界面阻隔变化。

中文摘要

本研究将刀豆蛋白A(ConA)和 Cratylia mollis 凝集素(CramoLL)固定于金纳米颗粒(AuNp)与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合体系中,并吸附于金电极表面。在含 10 mM 铁氰化钾/亚铁氰化钾(1:1)的磷酸盐缓冲液中,对修饰电极进行 100 mHz–100 kHz 电化学阻抗谱(EIS)和 -0.2–0.7 V 循环伏安(CV)测试。EIS 与 CV 结果表明,AuNp-ConA-PVB 和 AuNp-CramoLL-PVB 的吸附部分阻断了氧化还原探针在电极界面的电子转移。扫描电镜显示 AuNp-ConA 聚集体位于 PVB 微球表面,形成三维结构。随后用牛血清白蛋白(BSA)封闭剩余金位点。两种凝集素修饰电极对卵白蛋白凝集均产生正响应,表明该体系可提高糖检测灵敏度,并可发展为用于溶液中糖蛋白检测的电化学生物传感器。

英文摘要

In this work, ConA and CramoLL lectins were immobilized on gold nanoparticles (AuNp) with polyvinyl butyral (PVB), and adsorbed on the surface of gold (Au) electrodes. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS), in the frequency range from 100mHz to 100KHz, and cyclic voltammetry (CV), from -0.2 to 0.7V, were performed on these electrodes, in phosphate buffer (PBS) solution containing 10mM K(3)[Fe(CN)(6)]/K(4)[Fe(CN)(6)] (1:1) mixture as a redox probe. EIS and CV measurements showed that redox probe reactions on the modified Au electrodes were partially blocked due to the adsorption of AuNp-ConA-PVB and AuNp-CramoLL-PVB. SEM images showed the presence of aggregates of AuNp-ConA on PVB spherules in a tridimensional structure on the surface of the Au electrode. Bovine serum albumin (BSA) was adsorbed on the AuNp-Lectin-PVB modified electrode in order to block the remaining free gold sites. Both EIS and CV techniques yielded results that confirm positive responses of the lectins to ovalbumin agglutination. These results indicate an improvement of the sensitivity for detection of sugars that can be applicable to construction of a biosensor sensitive to glycoproteins in solution.

关键词

电化学生物传感器凝集素金纳米颗粒聚乙烯醇缩丁醛卵白蛋白电化学阻抗谱