苯丙氨酸解氨酶传感器及检测系统研究

【摘要】：随着现代仪器科学和临床医学的发展,对人体的生化指标检测将不断提出新的要求。今后医学的发展方向,必将由治疗医学向预防医学转变。因此,一些疾病的早期诊断就变得尤为重要。近年来,快速有效地测定某些遗传性疾病的生化指标愈发引起医学界的关注。 生物传感器近几年来发展迅速。它具备结构简单、成本低廉、测定结果准确等优点,并且能在分子水平上识别待测物质。在化学工业监测、医学临床诊断、生物医学药物筛选以及毒物监测等方面有着广泛的应用前景。 利用生物传感器检测氨基酸在医学领域中具有重要意义。文中建设性地提出了一种检测苯丙氨酸(Phe)的方法,即用研制出的一种苯丙氨酸解氨酶(PAL)传感器及检测系统检测苯丙氨酸的含量,来快速诊断新生儿苯丙酮尿症(PKU),以便及时治疗。本文主要针对哈尔滨市科技攻关项目“苯丙酮尿症检测仪的研制”中的几个关键技术作了深入地研究,解决了目前酶传感器的一些理论与制造难题,并提供了集苯丙氨酸解氨酶传感器、信号调理电路、控制和显示单元于一体化的检测系统。这一研究思路可以加快生物传感器的商品化进程。 本文在研究过程中,主要完成了以下工作: 1. 探讨了苯丙氨酸解氨酶传感器的设计构想及检测原理,讨论了酶反应的动力学特性和米氏方程,针对酶膜的厚度和浓度给出了苯丙氨酸解氨酶传感器设计的理论依据。结合酶反应的稳态和暂态的分析方法,在苯丙氨酸特性的基础上,制作了苯丙氨酸解氨酶传感器,并建立了它的数学模型。 2. 针对固定化酶的特点,在获取固定化酶的研究中,提出一种新的实用的纯化方法和工艺,它不同于传统酶传感器制作工艺中的酶获取方法,能有效地解决商品酶的二次纯化分离技术问题。该方法很好地解决了苯丙氨酸解氨酶传感器制作中的关键技术问题,成为苯丙氨酸解氨酶传感器研制中的一个创新点。 3. 通过对比酶的固定化方法和酶传感器的制备工艺,提出了膜的表面修饰和苯丙氨酸解氨酶固定化方法和工艺。解决了在固定化和苯丙氨酸解氨酶传感器的制备工艺中苯丙氨酸解氨酶失活、苯丙氨酸解氨酶与膜的结合力差等问题,其性能满足实用的要求。 4. 分析了构成苯丙氨酸解氨酶传感器的两个重要部分—基础电极和透