[01259195]基于可调控葡萄糖氧化酶层层组装薄膜构建酶逻辑门及其生物传感

基于壳聚糖（CS）和伴刀豆球蛋白（Con A）特异性识别作用组装多层薄膜，然后在此薄膜的基础上采用化学聚合法制备含有双酶（GOD和HRP）的聚（N，N-二乙基丙烯酰胺）（PDEA）水凝胶，从而形成具有二元结构的{CS/Con A}4-（PDEA-GOD-HRP）薄膜。

在这里，为了使双酶能够固定于电极表面，故将HRP和GOD包埋于PDEA水凝胶薄膜中。在{CS/Con A}4-（PDEA-GOD-HRP）薄膜电极上，溶液中的电活性探针铁氰化钾（K3Fe（CN）6）表现出pH、温度以及甲醇敏感的循环伏安（CV）开关行为。

该薄膜电极的多重刺激响应性敏感行为可以进一步被用于调节和控制以溶液中K3Fe（CN）6为电子传递媒介体，薄膜内部的双酶（GOD和HRP）对葡萄糖的生物电催化，并实现电流信号的放大。由此可以防止某些共存电活性物质的干扰，使传感器的选择性得到很大的提高。

在上述研究结果的基础上，构建了4-输入/5-输出的二进制复合逻辑门体系。基于相同的平台，还构建了奇偶判断器、三进制INHIBIT逻辑门以及三进制AND逻辑门。该体系为提高生物逻辑计算的复杂性和开发各种逻辑器件提供了新的思路。

通过羧酸化多壁碳纳米管c-MWCNT催化内层和PDEA水凝胶外层的结合，成功地在GC电极表面制备了多重刺激响应型c-MWCNTs/PDEA薄膜。以苦参碱和槐定碱为药物分子活性探针，c-MWCNTs/PDEA薄膜表现出pH、温度、SO42–以及甲醇敏感的电化学响应，并可以实现多重刺激响应电催化。

虽然关于多重刺激可调控电催化的研究报道很多，但是以药物作为电化学探针，电催化放大构建分子器件的还未见报道，该体系的创新性体现在。

（1） 首次将c-MWCNTs/PDEA二元结构膜与药物分子电催化相结合，构建了逻辑门网络和器件。

（2） 通过增加刺激的输入，增加了逻辑门系统的复杂性，根据不同的机理将其划分为5个不同的CV氧化峰值范围。

（3） 采用CV法研究了PDEA水凝胶膜的甲醇敏感性由于PDEA水凝胶薄膜在甲醇的外部刺激下不能完全关闭，所以药物分子仍然可以被c-MWCNTs内层催化。

（4） 迄今为止，关于药物的多重开关电催化的研究工作，特别是传统中药，可以在电化学领域有更多的进展，为构筑药物分子逻辑器件提供更多的理论基础。

这项工作提出了几个潜在的应用。虽然目前的工作还处于初步的研究阶段，但它确实反映了生物/药物分子计算机的进步。将多敏感界面与电催化相结合开发逻辑门系统，为解决生物医学诊断、新型药物传感器设计、分子器件等问题提供了一种新的途径。