[发明专利]AChE/Ag-N/F/TiO2NTs光电化学生物传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学分析技术领域，涉及一种光电化学生物传感器的制备方法及其应用，特别涉及一种利用半导体复合纳米材料构建光电化学生物传感器及其制备方法和应用。 

背景技术

乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase，AChE)是一种在胆碱能系统内神经信号传导过程中起着关键作用的丝氨酸水解酶，它能够将胆碱能神经递质乙酰胆碱(Acetylcholine，ACh)催化水解为胆碱(Choline，Ch)和乙酸，使ACh失活，从而中止神经冲动，保证胆碱能系统的止常功能。若AChE的活性受到抑制，会发生ACh过剩而集聚的现象，从而导致胆碱能神经的过度兴奋，引发多巴胺能和胆碱能系统平衡的破坏，进而引发中枢神经系统损伤疾病。因此，探讨乙酰胆碱酯酶的活性变化有助于进一步探究神经退行性疾病如帕金森症的致病机理。 

目前，对帕金森氏病的发病机理的假说包括遗传学说、环境学说等。1983年Langston等发现1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(MPTP)能引发帕金森氏病综合征，自此人们开始广泛关注神经毒素对帕金森氏病神经元的损伤机制。近年来，存在于生物体内的一类与MPTP结构十分类似的生物碱，内源性神经毒素(R)-salsolinol[(R)-Sal]和N-methyl-(R)-salsolinol[(R)-NMSal]受到了人们的高度关注。 

有研究显示，在帕金森氏病患者的尿样及脑脊液中(R)-Sal和(R)-NMSal的含量明显高于止常人；另外，向大鼠脑纹状体内注射(R)-Sal和(R)-NMSal会引发大鼠脑神经细胞、黑质区多巴胺能神经元的选择性死亡，并产生与帕金森氏病相似的行为、生化、组织病理方面的异常。随着对帕金森氏病病理学研究的日益深入，越来越多证据表明内源性神经毒素是引发帕金森氏病的关键因素之一。本课题组之前的研究发现，内源性神经毒素不仅仅对多巴胺能神经元造成了损伤，对胆碱能系统也造成了一定的影响。因此，研究(R)-Sal和(R)-NMSal对AChE活性的影响，对深入研究内源性神经毒素对帕金森氏病的致病机理具有重要意义。 

目前，乙酰胆碱酯酶活性检测最常用的方法主要包括：测压法、分光光度法、荧光法以及电化学分析法。这些方法都是基于乙酰胆碱酯酶能够水解不同的底物转化为一个可测信号的过程上面，产生的信号包括气压、吸光度、荧光、pH值以及电位或者电流等。这些方法虽然在乙酰胆碱酯酶的活性检测中发挥了巨大的作用，但是存在着灵敏度低、检测范窄等问题， 随着生物技术和生命科学的发展，传统方法在一定程度上已经不能满足现代检测的需要。 

发明内容

本发明为了满足生物技术和生命科学的发展，克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种利用半导体复合纳米材料建立基于可见光激发的光电化学生物传感器，即，本发明提出了一种AChE/Ag-N/F/TiO2NTs光电化学生物传感器及其制备方法，以及应用于乙酰胆碱酯酶活性检测的研究。 

本发明提出了一种AChE/Ag-N/F/TiO₂NTs光电化学生物传感器，所述光电化学生物传感器是一种基于可见光激发的光电化学生物传感器，其包括Ag-N/F/TiO₂NTs和乙酰胆碱酯酶(AChE)，其中，所述Ag-N/F/TiO₂NTs包括氮氟掺杂的二氧化钛纳米管阵列、以及修饰在所述二氧化钛纳米管阵列上的银纳米粒子(AgNPs)；所述乙酰胆碱酯酶以壳聚糖为交联剂修饰在所述Ag-N/F/TiO₂NTs上。 

本发明AChE/Ag-N/F/TiO₂NTs光电化学生物传感器能够在可见光激发下产生光电流，以硫代乙酰胆碱(ATCh)作为底物，经AChE催化水解所得的硫代胆碱能够捕获光生空穴抑制光生空穴与光生电子的复合，从而提高了光电流。当修饰的AChE的含量恒定的时候，光电流的增加值与ATCh的含量成止比；当底物浓度恒定的时候，光电流的增加值与AChE活性的大小成止比。本发明传感器利用这一特性可对AChE酶活性损伤进行研究。本发明传感器与ATCh在5×10^-8～1×10^-4mol/L范围内呈良好线性，R²为99.42％，检测限为2×10^-8mol/L。本发明传感器米氏常数K_m＝5.861μM，比已报道文献小，表明本发明AChE/Ag-N/F/TiO₂NTs光电化学生物传感器对AChE有良好的生物兼容性。