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基于自组装膜和金纳米颗粒增强的表面等离子体共振传感器

黎振华  
【摘要】: 表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)技术由于独特的优点日渐成为生物分子相互作用分析的重要手段。基于表面等离子体共振技术研制而成的生物传感器在生物学、医学、化学等领域获得了十分广泛的应用。本论文拟针对现有的SPR传感器对于小分子的检测灵敏度低这一问题,结合自组装膜技术的新发展和金纳米颗粒(Au nanoparticles, AuNPs)的信号放大作用,对高灵敏的用于小分子检测的SPR传感器进行了研究。本论文主要开展了以下三方面的工作: 1、基于自组装多层膜的葡萄糖表面等离子体共振传感器 首先利用伴刀豆球蛋白A(concanavalin A, Con A)和葡聚糖的特异性相互作用,在传感器的金膜表面构建了Con A/葡聚糖自组装多层膜。在葡萄糖的存在下,该自组装多层膜被分解,引起表面等离子体共振信号的显著变化,从而实现对葡萄糖的检测。实验结果表明:利用该传感器可以选择性地检测0.1~50 mmol/L浓度范围内的葡萄糖,且敏感膜可以多次再生使用。自组装多层膜的制备简单,经多次再生后膜中的蛋白质(Con A)仍然保持了其生物活性。如果选择合适的多层膜材料,类似的原理还可以用于构建其他小分子的SPR传感器。 2、葡聚糖/伴刀豆球蛋白A标记的金纳米颗粒自组装膜增强表面等离子体共振传感器的信号 在前一部分工作的基础上,首先利用金纳米颗粒标记技术在金纳米颗粒表面标记上了Con A (Con A-AuNPs),然后通过特异性相互作用,在传感器的金膜表面构建了葡聚糖/Con A-AuNPs自组装膜。当膜与葡萄糖溶液接触时,膜被分解,从而实现对葡萄糖的检测。实验结果表明:由于金纳米颗粒和金膜之间的等离子体波耦合作用,使葡萄糖的检测下限改善了一个数量级,达到0.01 mmol/L。 3、伴刀豆球蛋白A/葡聚糖修饰的金纳米颗粒自组装膜增强表面等离子体共振传感器的信号 大多数蛋白标记的金纳米颗粒都容易受溶液中pH值和离子强度的影响而变得不稳定,而表面通过化学修饰的金纳米颗粒稳定性好,可以很好地克服上述问题。因此,本章首先通过巯基十六酸(16-MHDA)、二甘醇胺、环氧氯丙烷和葡聚糖在金纳米颗粒表面修饰上葡聚糖(葡聚糖-AuNPs),然后通过特异性识别作用把葡聚糖-AuNPs组装到SPR的金膜表面,构建Con A/葡聚糖-AuNPs自组装膜。当有葡萄糖存在时,膜被分解,从而实现对葡萄糖的检测。实验结果表明:葡聚糖-AuNPs稳定性好,与没有修饰金纳米颗粒的葡聚糖相比,SPR信号明显增强。如果在金纳米颗粒表面修饰其它的物质,类似的原理还可用来放大SPR传感器对其它小分子的检测信号。


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