随着聚离子选择性电极和低检出限聚合物膜离子选择性电极发现，离子选择性电极的发展取得了新的突破，形成一个新的发展浪潮。近年来，生命分析化学是分析化学学科当前最有活力的新生长点。研究者不断探索，以期发展高灵敏度、高选择性、活体、实时、在线、高通量分析检测方法和技术。离子选择性电极具有体积小、携带方便、能耗小、成本低等优点，适合于实际应用。近来，离子选择性电极在生物传感中的应用逐渐受到重视。本研究以酶、抗原/抗体、核酸适体为识别分子，探索将离子选择性电极作为换能器传导信号，发展新的电位传导模式，构建新型电位型生物传感器。本文涉及聚合物膜离子选择性电极在酶生物传感、免疫分析、核酸适体生物传感三方面应用研究，具体内容如下： 1.发展了阳离子选择性电极可控释放底物离子的酶生物传感器。以o-β-环糊精为离子载体构建丁酰胆碱离子选择性电极用于底物原位释放和检测，实现了丁酰胆碱酯酶活性无试剂化检测。样品溶液中的丁酰胆碱酯酶水解电极界面层渗出的底物阳离子产生电极电位变化。以0.01 M丁酰胆碱为内充液的聚合物膜电极实现了丁酰胆碱酯酶活性的检测，测量线性范围为0.0075-0.15 U mL-1。该方法亦能够用于丁酰胆碱酯酶抑制剂如有机磷农药的检测。以对硫磷为例，农药浓度与其对丁酰胆碱酯酶的抑制率在0.05-0.5 ng mL−1范围内成比例，电极检出限0.03 ng mL−1。由于离子通量可控，电极灵敏度可进一步提高，线性范围可进一步拓宽。 2.发展了阴离子选择性电极可控释放底物离子的酶生物传感器，实现了碱性磷酸酯酶活性检测。本章详细讨论了电极产生最佳电位响应时酶底物需要符合的条件。此外，依据底物和产物电极电位响应的差别，本文采用酶促反应产物去离子化、酶促反应产物亲脂性变化两种思路筛选底物。以0.1 M对硝基苯磷酸酯为内充液的聚合物膜电极实现了碱性磷酸酯酶活性的电位测定，电极响应的线性范围为0.01-0.10 U mL-1，检出限为0.008 U mL-1。 3.提出了电流驱动底物离子可控释放技术，实现了酶活性以及酶抑制剂的电位传感。电流能够精确控制丁酰胆碱阳离子在聚合物膜离子选择性电极表面的渗出。电极表面渗出的底物离子能够与溶液中或者聚合物膜电极表面固定的丁酰胆碱酯酶发生反应，电极产生电位信号，实现溶液中酶活性、固定化酶活性以及酶抑制剂的快速测定。采用宏命令控制计时电流和计时电位法模式转换，在控制底物释放的同时获取电位信号（如零电流条件电极电位和电流调控底物释放电极电位）。电极上施加等同开路电位的恒电位，使电极在较短的时间内完成界面的更新，实现电极的循环使用。电极表面固定丁酰胆碱酯酶，实现有机磷农药敌敌畏的无试剂化的检测，线性范围0.1-100 ng mL-1，检测限为0.05 ng mL-1。采用酶的复活剂（如碘代解磷定）实现了农药抑制酶的复活和电极的重复使用。 4.发展了基于电流驱动底物离子释放的酶免疫分析方法。在该方法中，羧基化的电极表面固定抗体，电流驱动聚合物膜离子选择性电极原位产生和实时检测底物离子。以碱性磷酸酯酶标记抗体和乙酰胆碱酯酶标记抗体产生免疫分析信号，夹心免疫法测定人IgG。该电位免疫分析方法简单，为酶免疫分析提供了光学方法外新的可行性选择。 5.发展了一种电位型免标记、免固定化的核酸适体传感器。以核酸适体作为识别分子，聚阳离子鱼精蛋白作为指示离子，聚阳离子选择性电极实现核酸适体滴定分析信号高灵敏传导。靶分子与核酸适体作用后，改变核酸适体的构型，从而改变了核酸适体和鱼精蛋白的相互作用，滴定曲线或者电位发生改变，据此实现了靶分子均相溶液中快速检测。本研究以对三磷酸腺苷特异性识别的27-mer核酸适体为模型，利用滴定法，该核酸适体传感器能够实现0.5 μM 三磷酸腺苷的测定。本研究进一步将计时电位和计时电流技术相结合，提出了一种新的基于电流调控聚离子释放的聚合物膜离子选择性电极生物传感模式，实现电极的循环使用。该方法实现了子宫颈癌细胞中三磷酸腺苷的检测。该电位型免标记、免固定化核酸适体生物传感方法具有通用性，能够用于其它引起核酸适体构象变化，如形成“G”型结构或者打开DNA“发卡”结构的靶分子检测。 6.发展了一种电位型核酸酶和羟基自由基损伤单链DNA检测的生物传感器。采用以鱼精蛋白-DNA复合物为底物的直接法和以DNA为底物的间接滴定法两种测量模式，实现了核酸酶和羟基自由基损伤DNA检测。该方法具有通用性，通过设计底物DNA序列中的酶切位点，能够实现其它核酸酶的检测。该方法可作为高通量筛选核酸酶、活性氧以及对其起抑制作用药物的平台。 7.发展了基于银离子调控探针构象变化用于三磷酸腺苷检测的电位型生物传感器。本方法中，银离子选择性电极用于原位产生和检测银离子。设计探针中部含有靶分子特异性结合的DNA序列以及末端富含胞嘧啶的序列。错配的胞嘧啶能够选择性地络合银离子，形成稳定的C-Ag+-C复合体，造成电极表面银离子的量减少，电极电位降低。当溶液中存在靶分子时，靶分子与DNA序列中特异性碱基序列相互作用，探针无法形成稳定的C-Ag+-C复合体，增加了电极表面银离子的浓度从而改变银离子选择性电极电位响应。通过设计DNA序列中靶分子特异性识别碱基序列，该方法能够实现其它目标物的检测。
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