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《济南大学》 2017年
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基于二维纳米材料构建电化学传感器的研究及应用

花小霞  
【摘要】:目前,癌症已经成为危害人类健康的最主要疾病之。以现有的科技水平来看,早期诊断仍然是有效治疗癌症的重要手段。在癌症的早期诊断中,肿瘤标志物是重要的媒介而且已经得到了广泛的应用。无论是在现代实验室还是在临床分析各种化学和生物分子方面,生物传感器都发挥着越来越重要的作用。目前发展各种功能化纳米材料为提高生物传感器的性能提供了一种新的研究思路。尤其是二维纳米材料基生物传感器,它们独特的电子、光学及化学性质,引起了人们研究的兴趣。本文旨在利用二维纳米材料及其复合物的优异性能构建生物传感器,用于肿瘤标志物的检测。本论文的主要研究内容如下:1.制备了稳定均匀的Au@Ag NPs,使其同时具有Au NPs的稳定性和Ag NPs的优异的催化性能。构建了基于Au@Ag NPs与HRP共同标记第二抗体的夹心型电化学免疫传感器。Au@Ag NPs可以提高HRP的催化效率,且本身可以作为类酶放大过氧化氢和对苯二酚的电化学信号。壳聚糖功能化的氮掺杂石墨烯(CS-NG)具有大的比表面积和优良的导电性,作为传感平台可以负载大量第一抗体(Ab1)。通过检测PBS溶液中过氧化氢和对苯二酚的电化学信号变化实现癌胚抗原(CEA)的检测。在最优条件下,CEA的检测范围为0.0001~100 ng mL-1,检出限为0.05 pg mL-1。另外,该免疫传感器具有特异性、重现性高、稳定性强等其它必须的分析性能。2.类石墨氮化碳(g-C3N4)与层状MoS2通过混合煅烧的方法复合,并作为高效的发光材料构建电致发光(ECL)免疫传感器。与g-C3N4相比,制备的g-C3N4/MoS2具有更强更稳定的ECL活性。原因是MoS2的引入,可以促进g-C3N4电子传递、提高电子-空穴的分离效率,克服g-C3N4易钝化的缺点。基于g-C3N4/MoS2的ECL免疫传感器对甲胎蛋白(AFP)具有高的灵敏度,其检测范围为0.001~50 ng mL-1,检出限为0.33 pg m L-1。因此,该免疫传感器在肿瘤诊断方面具有较好的应用前景。3.制备了基于CdS-MoS2纳米复合物和双共反应剂的免标记的ECL免疫传感器,用于检测原降钙素(PCT)。通过一锅煮的水热法制备片状CdS-MoS2纳米复合物,并在ECL免疫传感器中作发光材料。由于大的比表面积和降低的带隙,CdS-MoS2纳米复合物对S2O82-显示出好的电催化还原性,进而产生大量的SO4·-。另外,H2O2的引入可以诱导S2O82-分解为SO4·-。CdS-MoS2纳米复合物和双共反应剂的协同效应可以提高免疫传感器的灵敏度。在最优条件下,该分析方法对PCT具有较高的灵敏度,检测范围为0.0001~10 ng m L-1,检出限为33 fg mL-1。另外,该免疫传感器具有高的特异性、好的重现性和长期的稳定性。4.制备了基于MoS2/Au复合材料的免标记型电化学免疫传感器。传感器以MoS2/Au复合材料为基底材料,H2O2为电化学探针,通过抗原-抗体免疫反应前后电流的变化检测甲胎蛋白(AFP)。AuNPs的优异的导电性和生物相容性,及MoS2对H2O2优异的催化性能等优点,能够显著提高免疫传感器的稳定性和灵敏度。在最优条件下,该分析方法对AFP具有较高的灵敏度,检测范围为0.005~50 ng m L-1,检出限为2.5 pg m L-1。5.经电还原法处理,MoS2导电性得到极大的增强。沉积一层金属纳米花(AuNFs),可进一步增强导电性和生物相容性。实验结果表明所制备的AuNFs/r MoS2/GCE可以促进铁氰化钾和二茂铁的电子传递。基于rMoS2/AuNFs和外切酶循环放大策略,我们制备了DNA传感器。首先,中间标记二茂铁的发卡DNA(HP)做捕获探针,通过Au-S组装在AuNFs/rMoS2/GCE电极上;当有目标DNA存在时,发卡DNA与目标DNA发生杂化,在3′突出端配对生成双链,继而引发Exo III的剪切过程,释放目标DNA。HP剩余单链特定的互补序列使其进一步生成发卡结构,因而二茂铁靠近电极表面,电化学信号增强。基于二茂铁信号变化,实现目标DNA的灵敏检测。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R730.4;O657.1;TP212

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