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《西南大学》 2015年
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金属纳米材料和功能化的碳纳米材料在生物传感器中的应用研究

何颖  
【摘要】:纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展,纳米材料的制备方法已日趋成熟,各种纳米材料及其复合产物在生物传感器领域得到了广泛的应用。电致化学发光生物传感器是一种将电致化学发光技术与生物分析方法相结合而构建的一种新型生物传感器。本文结合新型的信号放大技术,利用纳米铂、纳米金、纳米金/聚多巴胺包裹的多壁碳纳米管、二氧化锰与石墨烯形成的复合物等纳米材料,构建了一系列性能优良的夹心免疫传感器。并应用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光光度计、电化学分析技术等对电极的制备过程,优化过程和性能进行了表征,主要研究内容如下:1、联吡啶钌与小粒径的纳米铂形成的新型电致化学发光纳米复合物在电致化学发光免疫传感器构建中的应用该论文利用小粒径的纳米铂(PtNPs)与联吡啶钌(Ru(bpy)32+)合成了一种新型电致化学发光(ECL)纳米复合物,合成的Ru-PtNPs纳米复合物ECL信号强,稳定性好,因此可应用于免疫传感器的构建。组氨酸是一种具有咪唑环的氮基酸,可以作为Ru(bpy)32+的共反应试剂放大其ECL信号。据我们所知,这是首次将组氨酸作为共反应试剂用于放大Ru(bpy)32-的ECL信号。本实验采用噻吩丙二酸(TA)还原氯铂酸从而制得小粒径的PtNPs,制得的PtNPs可以大量的固载Ru(bpy)32+,因此该方法合成的铂钌复合物(Ru-PtNPs)具有极强的ECL强度。免疫传感器的基底由Ru-PtNPs的纳米复合物构成,当癌胚抗原(CEA)的抗原存在时,固定于基底的一抗抗体与纳米金(AuNPs)上的二抗抗体就连接成了夹心免疫复合物。同时固定于AuNPs上的辅助链Ⅰ在组氨酸标记的辅助链Ⅱ与辅助链Ⅰ之间引发一系列的DNA杂交反应,形成的DNA互补链含有大量的标记有组氨酸的辅助链Ⅱ,因此,可以有效的促进Ru(bpy)32+的ECL信号。所以该传感器的灵敏度得到了极大的提升,对CEA的检测具有较好的ECL响应,线性范围1.0×10-4~100 ng/mL,最低检测限为333 fg/mL (S/N= 3)。利用该方法合成的Ru-PtNPs纳米复合物ECL信号强,稳定性好,在ECL传感器领域有极大的应用价值。2、利用多巴胺自聚合并同时原位还原氯金酸形成新型的纳米复合物用于电致化学发光免疫传感器的构建该论文发展了一个通过多巴胺(DA)自聚合在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面并同时原位还原HAuCl4产生纳米金(AuNPs),制得的纳米复合物能够大量的固载目标物质同时有效的促进电子传递,因此该材料在免疫传感器中有广阔的应用前景。该传感器将ECL发光试剂(Ru(dcbpy)32+)和共反应试剂(Histidine)同时连接在同一超夹心DNA结构中。这个策略在ECL信号放大方面更高效,因为它缩短了电子传输距离,提高了发光试剂的稳定性并增加了发光试剂的发光效率。ECL基底(MWCNTs@PDA-AuNPs)利用DA的在自聚合时的还原性同时原位还原HAuC14产生AuNPs在MWCNTs表面,一步法制得MWCNTs@PDA-AuNPs,方法简单,制得的MWCNTs@PDA-AuNPs比表面积大。然后,将制得的基底用于固载捕获抗体。聚酰胺-胺型树枝状分子(PAMAM)连接抗体和超夹心结构构成超夹心二抗耦合物。PAMAM含有大量的仲胺和叔胺,不仅可以固载大量的抗体和超夹心结构,而且可以极大的放大Ru(dcbpy)32+的ECL信号。超夹心DNA结构含有大量的Ru(dcbpy)32+和Histidine,进一步放大了ECL信号。制得的超夹心免疫传感器具有很高的灵敏度,线性范围0×10-5~40 ng/mL,最低检测限为42fg/mL (S/N= 3)。该纳米复合物的合成方法简单,制得的纳米复合物能够大量的固载目标物质同时有效的促进电子传递,有望应用于其他纳米复合的合成。3、利用表面引发原子转移自由基聚合反应固载电致化学发光试剂用于信号放大型适体传感器的构建该论文利用表面引发原子转移自由基聚合反应(SI-ATRP)固载大量发光试剂,并采用二氧化锰与石墨烯的复合物(MnO2-GO)直接猝灭发光试剂的电致化学发光(ECL)信号,将其应用于信号放大型适体传感器中。利用原位取代的方法将石墨烯部分结构用高锰酸钾氧化,同时高锰酸钾被还原成MnO2。该方法操作简单,合成的MnO2-GO作为一个有效的猝灭剂用于发光试剂Ru(dcbpy)32+的ECL的猝灭。采用SI-ATRP技术功能化多壁碳纳米管(MWNTs)并选用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为聚合反应的功能单体。聚酰胺-胺型树枝状分子(PAMA M)包裹纳米金(AuNPs)形成的复合物连接发光试剂Ru(dcbpy)32+和聚GMA构成传感器的基底。制得的基底利用AuNPs连接上氨基修饰的辅助链1(A1),同时A1与CEA适体链又部分互补。MnO2-GO复合物又修饰上与CEA适体链部分互补的辅助链II(A2)。通过CEA适体链与A,和A2的杂交互补,猝灭剂MnO2-GO复合物就连接在了基底上,于是ECL信号就被极大的减弱(off-state)。然而,当CEA存在时,仿三明治结构被破坏,因为CEA会代替辅助链与CEA适体链绑定,因而猝灭剂MnO2-GO就脱离电极,这样ECL信号又得以恢复(on-state)。制得的传感器对CEA的检测具有较好的ECL响应,最低检测限为25.3fg/mL(S/N=3),线性范围1.0×104~20 ng/mL。利用SI-ATRP方法可以固载大量的目标物质,改进后的SI-ATRP方法在传感器领域有很大的发展空间。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
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【共引文献】
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