【摘要】：基于生物傳感器的技術是一種由生物、化學、物理、電子等學科互相滲透而衍生出的新技術，具有分析速度快、靈敏度高、選擇性好、在復雜體系中能在線連續(xù)監(jiān)測等眾多優(yōu)點，因而受到極大關注且近幾十年來發(fā)展十分迅速。生物傳感器是指用來測定生物分子的傳感器，它以生物成分為敏感元件，對生物分子十分敏感，通過換能器將其濃度轉化為電信號用于分析檢測，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、食品工業(yè)、臨床檢驗、軍事醫(yī)學等眾多領域。生物傳感器種類繁多，其中最為普遍的是光學生物傳感器和電化學生物傳感器。大多數(shù)生物傳感器在樣品分析前都需要對樣品進行標記，比如酶標記、熒光標記等，不但標記過程復雜，而且還會干擾原始體系的性質，進而影響生物分子的活性。表面等離子體共振（SPR）生物傳感器是一種典型的光學生物傳感器，具有無需對樣品進行標記、待測分析物無需純化等優(yōu)點，更能實時監(jiān)測生物分子結合反應的動力學過程，提供高度精確的實驗結果，被認為是研究生物分子間相互作用最為重要的工具之一。本論文主要研究了納米材料在SPR生物傳感器中的應用，討論了其對傳感器的性能和靈敏度的影響。論文首先詳細地介紹了SPR生物傳感器的檢測原理、檢測裝置、特點、應用領域及其與其他技術的聯(lián)用情況，同時系統(tǒng)介紹了納米材料的研究背景、制備方法及其在生物傳感器方面的應用。 以Fe3O4納米粒子為種子，采用種子生長法合成了Fe3O4-金納米棒（Fe3O4-AuNR）納米復合物，將其應用在SPR生物傳感器中作為基底來固定抗體，實現(xiàn)了對羊IgM的檢測。Fe3O4-AuNR納米復合物既具有磁性又具有優(yōu)異的光學特性，有利于抗體的固定和傳感器靈敏度的提高。同時此方法簡化了實驗步驟，且形成的敏感膜容易再生。利用磁鐵將Fe3O4-AuNR納米復合物固定在SPR生物傳感器金膜表面，然后在金納米棒表面修飾上羧基，經(jīng)過活化后即可用于連接抗體，進而研究抗體-抗原間的相互作用�；贔e3O4-AuNR納米復合物修飾的SPR生物傳感器，對羊IgM的檢測濃度范圍是0.15-40.00μg mL-1。而沒有納米復合物修飾的傳統(tǒng)的SPR生物傳感器，對羊IgM的檢測濃度范圍是1.25-40.00μg mL-1。實驗結果表明，F(xiàn)e3O4-AuNR納米復合物在SPR生物傳感器上的應用可大大提高傳感器的性能。 充分結合金納米棒（GNR）和磁納米粒子的優(yōu)點，合成了GNR-Fe3O4納米復合物，并應用在SPR生物傳感器中來檢測鼠IgG。分別合成表面帶正電荷的GNR和表面帶負電荷的Fe3O4納米粒子，通過漩渦混合將二者通過靜電作用組裝形成GNR-Fe3O4納米復合物，再對其表面進行醛基化修飾。合成方法簡單、快速且易操作。磁性納米復合物通過外加磁鐵的作用被吸附固定在SPR生物傳感器金膜表面，抗體表面的氨基與納米復合物表面的醛基直接發(fā)生希夫堿反應，便可完成抗體的固定，用于生物分析。與傳統(tǒng)的在金膜表面抗體固定的過程相比，此方法省略了大量試劑的使用，極大地簡化了固定過程，加快了生物分子的檢測�；贕NR-Fe3O4納米復合物修飾的SPR生物傳感器測得的鼠IgG的最低檢測濃度是0.15μg mL-1，比未經(jīng)修飾的傳統(tǒng)的SPR生物傳感器測得的鼠IgG的最低濃度降低了約16倍。 氧化石墨烯（GO）具有大的比表面積、平坦的表面、含氧功能團多且富含π共軛結構和良好的生物相容性，非常適合用作生物分子的載體，可通過靜電吸附、共價、非共價等作用與生物分子結合。構建基于GO修飾的SPR生物傳感器，利用GO來固定抗體，取代了傳統(tǒng)的通過巰基丙酸固定抗體的方式。GO因富含羧基等含氧官能團而帶負電荷，通過靜電作用即可將其固定在預先修飾好帶正電荷的金膜表面，將GO表面的羧基活化后即可用于抗體的固定。實驗結果表明，GO固定的抗體數(shù)量更多，更有利于抗體的固定。為了進一步地提高檢測的靈敏度，將抗原與金納米棒形成偶聯(lián)物后再注入流通池進行檢測，放大了響應信號，降低了檢測限，此時對人IgG的最低檢測濃度為0.075μg mL-1。 當石墨烯與聚合物、半導體和金屬納米粒子等結合在一起，形成復合材料時表現(xiàn)出更加多樣化的性質，比如優(yōu)良的催化性、導電性和獨特的光學性質等。分別組裝了基于金-石墨烯（Au-Gra）和銀-石墨烯（Ag-Gra）納米復合物修飾的SPR生物傳感器，用于抗體-抗原免疫檢測，該傳感器無需標記，具有高靈敏度和高選擇性。Au-Gra和Ag-Gra納米復合物的合成方法簡單快速，通過1,6-己二硫醇形成共價連接而固定在傳感器金膜表面。抗體則利用巰基丙酸結合在納米復合物表面。基于Au-Gra納米復合物修飾的SPR生物傳感器對鼠IgG的檢測范圍為0.30-40.00μg mL-1，基于Ag-Gra納米復合物修飾的SPR生物傳感器對鼠IgG的檢測范圍則為0.15-40.00μg mL-1。實驗結果表明，Ag-Gra納米復合物比Au-Gra納米復合物更有利于提高傳感器的靈敏度。 將金納米棒和氧化石墨烯修飾在SPR生物傳感器金膜表面，用于檢測牛IgG。金納米棒具有橫向和縱向兩個表面等離子體吸收峰，且縱向吸收峰隨著長徑比的不同而變化，對周圍環(huán)境介電性質的變化更加靈敏。金納米棒通過1,6-己二硫醇固定在傳感器表面，采用種子生長法合成的金納米棒表面帶正電荷，采用Hummers方法合成的氧化石墨烯帶負電荷，通過靜電作用氧化石墨烯就能結合在金納米棒表面，用于抗體的固定，進行抗體-抗原免疫檢測。基于GNRs/GO修飾的SPR生物傳感器對牛IgG的響應范圍是0.075-40.00μg mL-1，得到的最低檢測濃度比基于巰基丙酸修飾的SPR生物傳感器獲得的降低了約32倍。金納米棒和氧化石墨烯的應用大大提高了SPR生物傳感器的靈敏度。 比較了不同形貌的金納米粒子對SPR生物傳感器和電化學生物傳感器用來研究生物分子間相互作用時的影響。采用種子生長法合成了金納米棒和金納米雙錐�？贵w通過共價鍵作用連接在各種金納米粒子表面，形成金納米粒子-抗體偶聯(lián)物作為二級抗體，采用三明治夾心法來檢測人IgG。實驗結果表明，基于金納米棒和金納米雙錐修飾的傳感器比沒有納米粒子修飾的傳感器對人IgG的最低檢測濃度分別降低了16倍和64倍，金納米雙錐比金納米棒都表現(xiàn)出更高的靈敏度。通過比較SPR生物傳感器和電化學生物傳感器的檢測結果，相同條件下，利用電化學傳感器能得到更低的檢測限。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TP212
【圖文】：

所示，首先將其中

【參考文獻】

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1 葛躍;楊連珍;;納米材料的制備、特性及研究進展[J];科技信息;2012年02期

本文編號：2770468