本文關(guān)鍵詞：納米材料的無(wú)酶催化放大策略在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用研究

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【摘要】：電化學(xué)生物傳感器是一種結(jié)合電化學(xué)分析方法以及生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展行成的新型傳感器。由于臨床檢測(cè)的精準(zhǔn)要求,電化學(xué)生物傳感器面臨著發(fā)展穩(wěn)定性好、靈敏度高的分析技術(shù)的新挑戰(zhàn)。近年來(lái),納米材料因其大的比表面積,良好的生物相容性,以及優(yōu)異的電子傳輸、催化等性能,被廣泛應(yīng)用于生物傳感器領(lǐng)域。一般情況下,研究者將納米材料及其復(fù)合產(chǎn)物作為納米載體對(duì)生物酶或電子媒介體進(jìn)行固定。本文除了以納米材料作為載體外,同時(shí)依據(jù)納米材料良好的催化性能,構(gòu)建了一系列以納米材料作為催化劑的電化學(xué)生物傳感器,實(shí)現(xiàn)了無(wú)酶的信號(hào)放大以及目標(biāo)物的超靈敏檢測(cè)。相對(duì)傳統(tǒng)的酶催化放大策略,無(wú)酶的納米材料催化具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性、低廉的價(jià)格、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.基于空心鉑納米鏈催化氧化尿酸構(gòu)建的無(wú)酶電化學(xué)適體傳感器生物酶在使用過(guò)程中可能受到溫度、pH的影響,從而喪失酶活性。本文利用空心鉑納米鏈(HPt NCs)標(biāo)記凝血酶適體鏈II,通過(guò)HPt NCs對(duì)尿酸(UA)直接的催化氧化作用,構(gòu)建了信號(hào)增強(qiáng)的無(wú)酶電化學(xué)適體傳感器。值得注意的是,在本研究的固載基質(zhì)中,選用了富含π電子基團(tuán)的空心球狀結(jié)構(gòu)納米C60(nano-C60),通過(guò)相轉(zhuǎn)移的方法合成的nano-C60具有水溶性好、生物相容性高等優(yōu)點(diǎn)。利用nano-C60卓越的穩(wěn)定性和大的比表面積,修飾上了大量的花狀金-鉑合金納米顆粒(Au-Pt NFs),與單獨(dú)的Au NFs相比較,Au-Pt NFs具有更多的活性位點(diǎn)以固載更多的凝血酶適體鏈I。夾心反應(yīng)模式下,凝血酶適體II復(fù)合物中的HPt NCs能夠直接催化氧化檢測(cè)底液中的UA產(chǎn)生放大的電化學(xué)信號(hào)。在此適體傳感器的構(gòu)建過(guò)程中避免了生物酶的使用,減少了操作步驟,提高了適體傳感器的穩(wěn)定性。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,制備的適體傳感器對(duì)凝血酶的檢測(cè)展現(xiàn)出了良好的選擇性和高的靈敏度,線性范圍為0.5 pmol L-1~10 nmol L-1,檢測(cè)限為0.16 pmol L-1。2.基于主客體納米網(wǎng)催化放大構(gòu)建的無(wú)酶電化學(xué)免疫傳感器用于檢測(cè)降鈣素原利用N,N-二(二茂鐵)-乙二胺/β-環(huán)糊精/聚酰胺聚合物包裹的納米金(Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au)復(fù)合材料固載降鈣素原抗體(anti-PCT),成功構(gòu)建了一個(gè)無(wú)酶的電化學(xué)免疫傳感器用于降鈣素原(PCT)的檢測(cè)。眾所周知,納米材料的催化性能通常受大小、尺寸、表面性能的影響,而本研究以PAMAM為模板合成了形貌均勻、尺寸可控的納米金顆粒(PAMAM-Au),與通常情況下水熱法合成的納米金顆粒相比,粒徑相對(duì)更小,催化活性得到了明顯的提高。將合成的PAMAM-Au表面吸附-NH2修飾的β-CD,同時(shí)創(chuàng)新合成了具有兩個(gè)Fc單元的Fc-Fc材料,利用β-CD對(duì)Fc-Fc的主客體識(shí)別作用,形成了比表面積大的Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au納米網(wǎng)。在這里,Fc-Fc由于具有兩個(gè)Fc單元,不僅能提供更多的電活性基團(tuán)使電化學(xué)響應(yīng)更加靈敏,而且能夠連接分散的β-CD/PAMAM-Au形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使得抗體的固載量大幅度增加。更重要的是,Fc-Fc對(duì)AA的氧化存在良好的催化活性。而合成的PAMAM-Au作為性能優(yōu)異的納米催化劑,也能夠催化氧化抗壞血酸(AA)。當(dāng)檢測(cè)底液中含有AA時(shí),主客體納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的PAMAM-Au與Fc-Fc對(duì)AA的氧化產(chǎn)生共同的催化作用,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)酶的信號(hào)放大。制得的免疫傳感器能實(shí)現(xiàn)對(duì)PCT的靈敏檢測(cè),在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下,線性范圍為1.80 pg m L-1~500 ng m L-1,檢測(cè)限為0.36 pg m L-1。3.銅金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)作為催化劑構(gòu)建的比率型傳感器用于內(nèi)毒素的檢測(cè)金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)(MOFs)由于大的比表面積,良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性在生物傳感器領(lǐng)域逐漸受到了人們的關(guān)注,而研究者通常將MOFs作為納米載體來(lái)提高抗體、適體或酶等生物分子的固載量。本研究通過(guò)探索MOFs的催化性能,合成了一種銅金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)(Cu-MOFs),并將Au NPs修飾在Cu-MOFs表面得到Au NPs/Cu-MOFs復(fù)合材料。得到的Au NPs/Cu-MOFs不僅能作為納米載體固載信號(hào)探針,而且能作為電活性材料提供電化學(xué)信號(hào),免除了電子媒介體的固載。重要的是,Au NPs/Cu-MOFs能夠作為一種有效的催化劑,當(dāng)在工作底液中加入葡萄糖時(shí),Au NPs/Cu-MOFs可以直接催化氧化葡萄糖從而實(shí)現(xiàn)無(wú)酶的信號(hào)放大。此外,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中除了以Cu-MOFs作為信號(hào)材料外,還引入了Fc作為信號(hào)分子,設(shè)計(jì)了雙重的DNA循環(huán)放大策略實(shí)現(xiàn)了Cu-MOFs與Fc信號(hào)分別的增大與減小,通過(guò)測(cè)定兩種信號(hào)物質(zhì)的峰電流之比,構(gòu)建了一個(gè)比率型的電化學(xué)適體傳感器。以LPS為檢測(cè)模型,制備的電化學(xué)適體傳感器在LPS的檢測(cè)中顯示出了一個(gè)低的檢測(cè)限(0.33 fg m L-1)和一個(gè)寬的線性范圍(1.0 fg m L-1~100 ng m L-1)。此比率型傳感器減小了批間差異,提高了精確度和靈敏度,有望用于其他分析物的檢測(cè)。
【關(guān)鍵詞】：納米材料 無(wú)酶 催化放大 電化學(xué)生物傳感器
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O657.1;TP212.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 電化學(xué)生物傳感器9-11
• 1.2 電化學(xué)分析方法11-13
• 1.3 納米材料概述與應(yīng)用13-17
• 1.4 本論文研究思路17-18
• 第2章 基于空心鉑鏈催化氧化尿酸構(gòu)建的無(wú)酶電化學(xué)適體傳感器18-29
• 2.1 引言18-19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分19-21
• 2.3 結(jié)果和討論21-28
• 2.4 結(jié)論28-29
• 第3章 基于主客體納米網(wǎng)催化放大構(gòu)建的無(wú)酶電化學(xué)免疫傳感器檢測(cè)降鈣素原29-41
• 3.1 引言29-30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分30-33
• 3.3 結(jié)果和討論33-40
• 3.4 結(jié)論40-41
• 第4章 銅金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)作為催化劑構(gòu)建的比率型傳感器用于內(nèi)毒素的檢測(cè)41-54
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法42-45
• 4.3 結(jié)果和討論45-52
• 4.4 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-63
• 作者部分相關(guān)論文題錄63-64
• 致謝64

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本文編號(hào)：677762