[发明专利]基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电分析化学传感技术领域，具体是涉及一种基于电化学生物传感器的血红蛋白定量检测系统及其检测方法。

背景技术

电分析化学(ElectroanalyticalChemistry)是仪器分析的一个重要的分支，它是以测量某一化学体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对象构成一个化学电池的组成部分，通过测量电池的某些物理量，如电位、电流、电导或电量等，求得物质的含量或测定某些电化学性质。

血红蛋白(Hb)是脊椎动物红细胞内的呼吸蛋白，是血液中运输氧气的主要物质，在生物体内起到传输氧气、分解H2O2、传递电子等与氧和能量代谢有关的重要活动，在一切生命活动中起着关键作用。血红蛋白的相对分子质量约为67000，其分子具有四级结构，是由两条α和两条β多肽链构成的四聚体，每个肽链上各结合有一个血红素分子，且相互接近，形成近似球形的血红蛋白分子，直径为55nm。对血红蛋白的研究多集中在其结构、输氧功能及其与电极之间的电子转移过程和机理。

由于血红蛋白的空间结构庞大，电活性中心不容易暴露，而且易于吸附在电极表面而使固体电极表面钝化，同时其过电位较高，在电极上电子转移速率很慢，难以得到有效的电化学信号，而且其相对分子质量较大，溶液中的浓度一般较低，产生的氧化还原电流较小，其电信号易被充电电流、残余电流等背景电流所掩盖，如在玻碳电极上就无明显的电化学信号，所以早期以各种裸电极对其进行研究和测定并不成功。但由于蛋白质与电极之间的电子转移在某种程度上类似于生物体中蛋白质分子之间的电子转移过程，所以对蛋白质与电极之间的电子转移的直接电化学研究越来越受到重视。本领域技术人员利用裸银电极为工作电极，报道了血红蛋白在裸银电极上的直接电化学行为及分析应用。在+0.4～-0.2V(vs.SCE)电位范围内于pH4.5的0.1mol/LHOAc2NaOAc缓冲溶液中，血红蛋白会产生一对灵敏的氧化还原峰，氧化峰峰电位Ep，a为+0.26V，还原峰峰电位Ep，c为+0.01V，峰电位之差ΔE为+0.25V。该峰与血红素的循环伏安图一致，说明血红蛋白电极反应过程的实质是血红蛋白中的血红素在电极上发生了电子得失反应，而不受肽链的影响；动力学研究表明电极反应的电子转移数n为0.94，表观电子传递速率常数ka为0.032s-1；峰电流与血红蛋白的浓度关系可用于血红蛋白的测定，线性范围为2.0×10-7～2.0×10-6mol/L。为了改善血红蛋白电极反应的可逆性，加速其在电极上交换电子的速率，活化其氧化还原中心，急需一种促进剂来加快血红蛋白的电极反应过程。

本领域技术人员对血红蛋白在氯化四甲基铵促进下于裸银电极上的直接电化学行为进行了研究。在pH5.0的0.3mol/LNaOAc2HOAc缓冲溶液中，于+0.4～-0.1V范围循环扫描，血红蛋白产生一对氧化还原峰。当有氯化四甲基铵存在时，峰电位之差为0.14V(扫描速度10mV/s)。动力学研究表明，该反应为单电子转移反应，转移系数α为0.60，电极反应速率常数k为0.103s-1.而且氧化峰电流与血红蛋白浓度在2.0×10-7～1.5×10-5mol/L范围内有良好的线性关系，可用于血红蛋白的测定。本领域技术人员则利用十二烷基硫酸钠(SDS)做为促进剂，在pH5.5的HOAc2NaOAc缓冲溶液中，SDS的加入使Hb的氧化峰明显增大，且峰形对称，可直接用于Hb的分析测定，在5.0×10-7～5.0×10-6mol/L范围内氧化峰电流与其浓度呈正比，可用于人血清中Hb的测定。其它一些阳离子和非离子表面活性剂如氯化四丁基铵、氯化十四烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基苄基铵、溴化十六烷基三甲基铵、乳化剂OP、TritonX2100等均能促进Hb在电极上的反应，其原因是表面活性剂与血红蛋白相互作用形成复合物而使Hb的多肽链伸展开来，其疏水结构被打开使电活性中心暴露而加快了电子转移的速率。

人血清中血红蛋白含量的测定是临床检测的一个重要内容，正常人血液中血红蛋白的含量在100～200g/L范围之内。若血红蛋白的含量降低则有可能是各种原因造成的贫血，而其含量相对增多则主要是由于大量体液和血浆丢失所致，因此对血红蛋白含量的准确测定具有非常实际的意义。