[发明专利]基于谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的电化学逻辑门

说明书

本发明公开了基于银离子和谷胱甘肽的电化学传感器的制备方法及其逻辑门应用，具体步骤如下：首先，制备了氧化石墨修饰电极GO/GCE，然后，Ag(I)和GSH反应生成复合物，基于此，成功制备传感器。随后利用葡萄糖6‑磷酸(G6P)和氧化态的还原型辅酶II(NADP⁺)在G6PD的催化下能够生成NADPH，NADPH和GSSG在GSR催化下能够生成GSH，利用生成的GSH与Ag(I)反应生成配位聚合物，对H₂O₂产生明显的电催化信号。基于这两类酶与GSH之间的生物关系，设计不同的信号输入及输出构建了四种逻辑门(YES、AND、AND‑AND和AND‑AND‑AND)，为GSH相关的疾病诊断与治疗提供了一种新思路。优点是特异性好、灵敏度高、检测速度快、结果准确可靠、成本低。

技术领域

本发明涉及电化学方法及其在逻辑门中的应用，尤其是涉及基于配位聚合物电催化活性的谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶相关逻辑电路设计，属于功能生物材料和生物传感技术领域。

背景技术

逻辑门是集成电路的基本组件。简单的逻辑门一般由晶体管组成。代表两种信号的高低电平通过集成电路中的晶体管组合之后能够产生高电平或者低电平信号。这两种信号可以分别用“真”与“假”或二进制中的1和0来表示。其中，二进制结构所需原件少，运算规则简单，便于进行逻辑运算。通常用布尔逻辑表示二进制中一系列逻辑运算。布尔逻辑基本运算较为简单，且能够衍生出较为复杂的运算。生物分子计算机或者生物分子水平上的信息处理，相对于传统的以硅为基础的计算机技术，不仅沿袭了传统技术的优点，而且具有一些新的特点(如生物相容性好、毒性低、满足医学生物检验新要求等)，是一种很有发展前途的手段。发展简单且易于编程和操作的分子逻辑系统对于生物分子的检测、分子器件的构建以及生物计算技术的发展具有重要意义。

谷胱甘肽(GSH)，别名5-L-谷氨酰-L-半胱氨酰甘氨酸，在人体内的防御系统中起到重要作用，具有多个方面的生理功能。研究发现，谷胱甘肽表达异常与很多危险性人类疾病有紧密关系，如：肝损伤、心脏病、类风湿性关节炎、银屑病、白细胞减少、艾滋病甚至癌症。在过去的几十年里，多种谷胱甘肽分析检测方法涌现，主要有比色法、荧光法、质谱法、高效液相层析等等，而大多数分析方法都集中在GSH的直接检测，而对与其相关的谷胱甘肽还原酶(GSR，利用还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)将氧化型GSH(GSSG)催化反应成还原型GSH(GSH)，它的缺失会使细胞对氧化剂和抗生素更为敏感)和葡萄糖-6磷酸脱氢酶(G6PD，能够催化6-磷酸葡萄糖脱氢形成6-磷酸葡糖酸和NADPH)分析检测十分有限。因此，迫切需要发展一些更简单但有效的方法来监测生理和病理条件下的GSH以及能够引起其变化的谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。分子逻辑门由于存在多个信号输入和多个信号输出，为多目标同时分析提供了契机。

本发明基于谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶设计了一系列新颖的电化学逻辑门，采用GSH作为生物有机配体，银离子(Ag(I))作为金属节点，通过GSH中巯基与Ag(I)和Ag(I)与Ag(I)相互作用简单绿色合成GSH-Ag(I)配位聚合物(GSH-Ag(I)CP)。基于金属离子的氧化还原活性，本发明发现该CP对双氧水(H₂O₂)具有较好的电催化作用。此外，GSH为NADPH参与的谷胱甘肽还原酶(GSR)催化反应产物，而NADPH是6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)催化反应产物，基于这两类酶与GSH之间的生物关系，设计不同的信号输入及输出构建了四种逻辑门(YES、AND、AND-AND和AND-AND-AND)，在生物医学领域具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计了四种特异性好、灵敏度高、检测速度快、结果准确可靠、成本低的基于谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的电化学逻辑门。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的电化学逻辑门，具体步骤如下：