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《湖南大学》 2009年
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基于核酸适体和碳纳米管的电化学生物传感器研究

邓春艳  
【摘要】:核酸适体,其识别分子的模式与蛋白类抗体类似,但与传统的蛋白质识别元件抗体相比,核酸适体具有很多优势。其在分析化学、基因调控、蛋白质组研究、疾病治疗与新药研发等方面具有广阔的应用前景。另一方面,碳纳米管以其独特的物理化学性能和一维纳米特性,在电化学生物传感中广泛应用;此外在纯碳纳米管中掺杂其他元素,可改变碳纳米管的晶体结构和电子结构,产生优于纯碳纳米管的物理化学性质,可望更好地应用于化学生物传感领域。基于以上情况,本 论文开展一系列研究工作,具体如下: (1)开发了一种新型的信号放大放法-三级级联信号放大。核酸适体功能化金纳米粒子(Apt-AuNPs)为第一级信号放大;被放大的Apt-AuNPs之间存在的空间位阻为第二级信号放大;十二烷基硫酸钠(SDS)稳定的Apt-AuNPs和氧化还原探针[Fe(CN)6]3-/4-之间的静电排斥引起第三级信号放大。基于三级级联信号放大技术制备了一种超灵敏的核酸适体传感器。该传感器用于检测凝血酶,其检测的浓度范围为100 fM到100 nM,线性检测区间为0.05-35 nM,凝血酶的最低可检测浓度为100 fM。该传感器具有优良的选择性和重现性。 (2)基于核酸适体结构的易变性和金纳米粒子的信号放大功能,开发了一种高灵敏度的双功能核酸适体传感器。该传感器能灵敏地平行检测溶菌酶和腺苷,其最低检测限分别是0.01μg mL~(-1)和0.02 nM。由于两种核酸适体分别在两条不同的DNA链上,对核酸适体没有特殊的要求,该传感器的设计方案具有普适性。 (3)基于碳纳米管(CNTs)和硫堇(Th)的协同效应,将辣根过氧化物酶(HRP)通过戊二醛(GA)交联作用固定在硫堇(Th)/CNTs修饰电极上,构造了一种新型酶电极(HRP/GA-Th/CNTs/GC)。CNTs静电吸附正电荷的Th,而Th不仅可以促进电极和酶的氧化还原活性中心之间的电子传递,而且能使CNTs氨基(–NH2)功能化有利于HRP的固定。基于HRP/GA-Th/CNTs/GC电极的过氧化氢传感器具有较好的传感性能,如检测限低(0.3μmol L~(-1)),响应时间短(~5 s内)以及抗干扰能力强。 (4)制备了新型纳米材料-掺硼碳纳米管(BCNTs),且构建了BCNTs/玻碳(GC)电极。用电化学方法研究了葡萄糖氧化酶(GOD)在BCNTs/GC电极上的直接电化学行为。发现BCNTs有效地促进了GOD与电极之间的直接电子转移。基于BCNTs/GC电极的新型葡萄糖传感器具有灵敏高(111.57μA mM-1 cm-2),线性范围宽(0.05~0.3 mM),检测下限低(0.01 mM,S/N=3),稳定性好和抗干扰能力强等特点。 (5)研究了多巴胺(DA)和抗坏血酸(AA)在掺硼碳纳米管(BCNTs)修饰电极的电化学行为。与裸GC和CNTs/GC电极相比,BCNTs对DA和AA的氧化表现出更高的催化活性。此外,在BCNTs/GC电极上AA和DA的氧化峰能完全分离,从而实现了DA的选择性检测。该电极对DA的检测具有检测区间宽(2.0×10-8~7.5×10-5 M),检测限较低(1.4 nM,S/N=3)等特性。同时,评估了BCNTs/GC电极对人血浆中DA的检测能力。 (6)分别研究了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和L-半胱氨酸(L-CySH)在BCNTs修饰电极上的电化学行为。与裸GC电极和CNTs/GC电极相比,BCNTs/GC电极能促进NADH和L-CySH的电化学催化氧化,对NADH和L-CySH的检测具有灵敏度高、检测限低、稳定性好和抗干扰能力强等优点。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:Q503;TP11

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