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《北京工业大学》 2017年
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纳米电化学免疫传感界面构建及微囊藻毒素检测研究

张晶晶  
【摘要】:由蓝藻产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是一种环状七肽肝毒素,具有强烈的导致肝脏慢性中毒和促进肝脏发生癌变的作用。目前已发现MCs达90多种异构体,其中微囊藻毒素-(亮氨酸-精氨酸)(Microcystin-(Leucine-Argineine),MCLR)是目前发现的毒性最强、急性危害最大的一种淡水藻毒素,而传统检测技术由于需要昂贵的仪器设备、冗长的样品前处理等缺点而限制了它们的应用。因此,当前迫切需要发展快速灵敏的检测微囊藻毒素的方法,这对保障居民饮用水安全具有重要的意义。电化学免疫传感法是MCLR快速检测技术中的一种重要方法,近年来,将纳米技术与传感技术相结合,已成为免疫传感器领域的研究热点。本文采用Fe_3O_4磁性纳米粒子、金纳米粒子(AuNPs)、石墨烯纳米片、量子点(QDs)和二硫化钼等纳米材料,构建了不同类型的电化学免疫传感器,用于检测水中的MCLR。主要研究内容包括:(1)将羧基功能化的Fe_3O_4磁性纳米粒子(MNPs)修饰在自制的磁性玻碳电极(MGCE)表面,构建了检测MCLR的伏安型免疫传感器。以直接竞争免疫模式,在标记物辣根过氧化物酶偶联的微囊毒素(MCLR-HRP)存在下,利用差分脉冲伏安法(DPV)测定溶液中的微囊藻毒素。在优化的实验条件下,考查了此免疫传感器对MCLR的检测线性范围和检出限,并用于实际水样的测定。通过丁二酸酐和二甲亚砜在Fe_3O_4磁性纳米粒子表面的化学反应,对Fe_3O_4磁性纳米粒子进行了羧基功能化,反应过程在常温下进行,避免了因高温加热使Fe_3O_4纳米粒子的磁性降低,从而使Fe_3O_4磁性纳米粒子更好的吸附于磁性玻碳电极表面;在溶液中使微囊藻毒素抗体(anti-MCLR)与Fe_3O_4磁性纳米粒子偶联形成复合物,再将复合物修饰于磁性玻碳电极表面,本文利用偶联反应将anti-MCLR固定到Fe_3O_4磁性纳米粒子表面,这比交联反应有更好的选择性,能更好的保持抗体的生理活性;本文建立的分析方法操作步骤简便快速,便于做现场分析。(2)利用恒电位沉积法将AuCl_4~-还原为AuNPs,并沉积于玻碳电极表面,以电沉积金纳米粒子为基质,利用Au-S键连接固载微囊藻毒素抗体anti-MCLR(用Ab_1表示),以巯基丙酸为稳定剂,制备了水溶性QDs,借助紫外吸收光谱和荧光光谱以及高分辨率场发射透射电子显微镜对其进行光谱和粒径表征。将合成的CdS QDs作为信号探针,通过缩合反应与anti-MCLR(Ab_2)偶联,构建了一种基于CdS量子点的―三明治‖夹心型量子点电化学发光(ECL)免疫传感器。在优化条件下,考查了此免疫传感器对MCLR的检测线性范围和检出限。将该传感器用于实际水样的测定,并用高效液相色谱法(HPLC)进行了对照实验,获得了满意的分析结果。本文构建的免疫传感器发光信号良好,灵敏度高等优点。(3)采用柠檬酸钠还原法制备了AuNPs溶胶,分别用透射电子显微镜和紫外-可见吸收光谱对其进行了表征。利用己二硫醇两端的-SH键将合成的纳米金粒子修饰到金电极表面,增大了电极的导电性,同时扩大了电极的比表面积,从而增加了抗体在免疫传感器上的固定量;通过MCLR-HRP与MCLR竞争结合抗体,构建了基于金纳米粒子修饰金电极的MCLR电化学免疫传感器。分别采用差分脉冲伏安法和安培法检测MCLR。在最佳条件下,考查了此免疫传感器对MCLR的检测线性范围和检出限,并用于实际水样的测定。本文采用的anti-MCLR的固定方法很好的保持了抗体的活性,且电极表面传感层较薄,有利于分子、离子的扩撒。该传感器制作方法简单,重现性好、选择姓高。(4)采用改良的Hummer’s法制备了石墨烯,并且用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其形貌进行了表征。利用石墨烯的导电性好、比表面积大、生物相容性强等优点,用石墨烯片连接牛血清白蛋白(BSA)标记的微囊藻毒素,构建了金纳米溶胶为信号探针的无酶标的电流型免疫传感器。溶液中的MCLR与修饰在免疫传感器上的BSA-MCLR竞争结合AuNPs标记的anti-MCLR,免疫反应完成后,利用恒电位将电极表面的AuNPs氧化为AuCl_4~-,再通过差分脉冲阴极伏安电位扫描,使AuCl_4~-还原为Au,以该过程中产生的电流信号峰值作为检测信号,测定MCLR浓度,在优化条件下,考察了该免疫传感器对MCLR的检测范围和检出限。相较于酶标探针,本文以AuNPs为信号探针标记抗体,可使检测过程更加经济便捷,稳定性强,检测效果良好。(5)利用带正电荷的高分子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)将量子点CdSe与石墨烯通过静电力相结合,制成复合物(用P-GS@QDs表示),用该复合物标记抗体,放大ECL信号;采用新型的二维纳米材料MoS_2,利用特殊的层状结构和类石墨烯的性质,作为负载材料,并引入AuNPs提高其导电性和生物分子BSA-MCLR负载量;以石墨烯作为脚手架支撑材料,负载大量的CdSe QDs,制备了以二硫化钼金复合物为基质的电化学发光免疫传感器。在优化条件下,以直接竞争免疫模式,考察了免疫传感器对MCLR的检测范围和检出限。本文采用纳米复合材料构建免疫传感器,极大的增强了该ECL传感器的检测灵敏度和稳定性。用所研制的免疫传感器测定了实际样品中MCLR的,取得满意效果。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU991.21

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