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基于有機多孔材料及導電雜化納米材料構(gòu)建C-反應蛋白及單核苷酸多態(tài)性傳感器的研究

發(fā)布時間:2020-03-26 04:32
【摘要】:近年來,對新材料的研究持續(xù)成為熱點,涌現(xiàn)出各種各樣具有特定功能的高性能材料。有機多孔材料(porous organic polymers,POPs)中,共價-有機框架材料(Covalent-organic frameworks,COFs)和金屬-有機框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是近幾年新發(fā)展起來的兩種新型材料。由于其具有結(jié)構(gòu)的多樣性、靈活的可操作性、框架密度低以及化學可修飾性強等特點,在生物醫(yī)學、生物傳感以及癌癥的診斷和治療等領(lǐng)域有較好的應用前景。導電雜化納米材料是幾種納米材料的結(jié)合,其性能優(yōu)于每種單獨的納米材料。由于其具有大面積特異性界面和良好的電導率,導電雜化納米材料在電化學免疫傳感器的制備中具有許多優(yōu)勢。根據(jù)以上材料的特點,本文合成了負載金納米顆粒的共價有機框架材料(Au NPs@COF-TpPa-1、Au NPs@COF-LZU8)、鎘金屬有機框架材料(Cd-MOF)、鈷金屬有機框架材料(Co-MOF)、負載金納米顆粒的類石墨相氮化碳(Au NPs@g-C_3N_4)、離子液體功能化的二硫化鉬(IL-MoS_2)、負載銥納米顆粒的1,5-二氨基萘(DN)功能化的石墨烯(Ir NPs@GO-DN)等復合材料,并將其用于構(gòu)建C-反應蛋白傳感器和單核苷酸多態(tài)性傳感器。(1)納米模擬酶作為一類極具發(fā)展前景的功能材料而廣受關(guān)注,Co_3O_4具有模擬過氧化氫酶的性質(zhì),對H_2O_2的還原有較好的催化作用。Au NPs@COF-TpPa-1具有較大的比表面積及良好的蛋白吸附性,本實驗中采用Au NPs@COF-TpPa-1固定C-反應蛋白抗體,氨基化后的Co_3O_4標記C-反應蛋白抗體,構(gòu)建了一種新型夾心法C-反應蛋白傳感器。通過計時電流法(i-t)檢測H_2O_2的還原電流,所測的電流與CRP的濃度在0.05-80 ng/mL內(nèi)具有良好的線性范圍,相關(guān)系數(shù)R2=0.9955,檢出限為16.7 pg/mL。該傳感器的響應能力、靈敏度較好。(2)Au NPs@COF-LZU8具有高電導率,本實驗將其作為基底固定CRP抗體,構(gòu)建了一種檢測迅速、靈敏度高的無標記型電化學免疫傳感器,實現(xiàn)其在實際血清樣品中對C-反應蛋白(CRP)的測量。當抗體與抗原發(fā)生免疫反應時,形成的免疫復合物會阻礙電化學探針[Fe(CN)_6]~(4-/3-)的電子傳遞,降低其響應電流,從而實現(xiàn)CRP的快速檢測。此外,Au NPs@COF-LZU8具有豐富的吸附位點和較大的比表面積,可以通過提高抗體的負載量來改善免疫傳感器的性能。在最優(yōu)實驗條件下,此電化學免疫傳感器的線性范圍從0.1 ng/mL-200 ng/mL,相關(guān)系數(shù)R2=0.9913,檢出限為33.3 pg/mL,將此免疫傳感器用于在人血清樣品中CRP的檢測,此方案也可用于其它蛋白質(zhì)的分析。(3)導電雜化納米材料Au NPs@IL-MoS_2具有較大的比表面積及良好的導電性,Ir NPs@GO-DN復合材料對H_2O_2的還原有較好的催化效果;谝陨蠋c,本章以Au NPs@IL-MoS_2固定CRP抗體、Ir NPs@GO-DN標記抗體,構(gòu)建了一種新的夾心型CRP傳感器。此電化學免疫傳感器的線性范圍0.01-100 ng/mL,相關(guān)系數(shù)R2=0.9931,檢出限為3.3 pg/mL,該方法顯示出良好的靈敏度,為C-反應蛋白的檢測提供了一種新的手段。(4)在人類基因組大約30億堿基中,大約每1000個堿基就有一個堿基可能發(fā)生突變,可能引起它所編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生異常,導致疾病的發(fā)生。因此,對特定序列DNA的檢測與突變堿基的有效識別,即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)檢測技術(shù),具有十分重要的意義。在第五章中,構(gòu)建了基于功能化金屬有機框架材料的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)DNA傳感器,并利用雜交鏈反應進行信號放大,增加傳感器的靈敏度。本工作利用Au NPs@GO所具有的較大的比表面積,通過Au-S鍵的結(jié)合力將3’端帶有巰基的捕獲探針(Capture probe)固定在修飾了Au NPs@GO電極上。實驗制備了鎘金屬有機框架材料(Cd-MOF),并在其表面修飾了金屬納米粒子(Au NPs)和親和素(SA)。所合成的Au NPs@Cd-MOF/SA復合物材料通過生物素(biotin)修飾的信號探針(signal DNA)組裝在電極表面。并且,所合成的Cd-MOF還具有電化學活性,可以作為信號標簽輸出電化學信號。通過差分脈沖伏安法(DPV)檢測鎘離子的電流信號峰,從而實現(xiàn)對目標DNA S1的定量檢測。此電化學SNP傳感器的線性范圍0.001-10 pmol/L,相關(guān)系數(shù)R2=0.9790,S1的檢出限為0.33fmol/L,該方法顯示出良好的靈敏度,具有臨床應用的潛力。(5)SNP不僅認為是癌癥相關(guān)藥物代謝或反應性研究的遺傳標記,也是鑒定遺傳性致病基因的基本工具。在第六章中,為了進一步提高SNP檢測的靈敏度用于臨床疾病診斷的研究,本實驗構(gòu)建了基于DNA納米機器(DNA Walkers)的信號放大型SNP DNA傳感器。DNA Walkers通過功能化的Au NPs@CoFe_2O_4和精心設計的核苷酸序列得以構(gòu)建。在傳感器的制備上,利用Au NPs@g-C_3N_4具有較大的比表面積和Au-S鍵的結(jié)合力將3’端帶有巰基的捕捉探(Capture probe)固定在電極上。此外,我們還制備了鈷金屬有機框架材料(Co-MOF),所制備的Co-MOF具有良好的電化學活性,可以作為信號標簽輸出電化學信號。本工作設計了信號放大策略,該策略可以通過信號探針(Signal probe)和輔助探針(Auxiliary probe)互補雜交循環(huán),從而實現(xiàn)信號放大。此電化學SNP傳感器的線性范圍為0.0001-0.1 fmol/L,相關(guān)系數(shù)R2=0.9796,目標DNA(Target DNA)的檢出限為0.033 amol/L。
【圖文】:

流程圖,共價,框架,傳感器


圖 1.1 基于共價-有機框架傳感器的制備流程圖[14]1.1.3 金屬-有機框架及其在傳感器方面的應用金屬-有機框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs),是由有機配體和金離子或團簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機-無機雜化材料[15]絕大多數(shù) MOFs 以水熱或溶劑熱法合成,是指在密封的壓力容器中,以水為劑,在高溫高壓的條件下進行的化學合成方法。由于 MOFs 具有可控的孔徑大小、不飽和的金屬位點、功能基團以及良的生物兼容性,在固定化基質(zhì)方面有應用前景,因為即使在非自然環(huán)境(高溫溶劑)下 MOFs 也能長期保持固定化酶的生物活性和穩(wěn)定性[16]。在 MOFs 特中,它們的雜化性質(zhì)和多峰孔隙度已成為成功生物催化的關(guān)鍵參數(shù),因為它給予有效的質(zhì)量傳遞,并最終實現(xiàn)輔助因子的共同作用。當用作模板/前體時MOFs 可以轉(zhuǎn)化為比原始 MOFs 更穩(wěn)定、導電性更強的基于碳/金屬的多孔材料

流程圖,金屬,框架,傳感器


圖 1.2 基于金屬-有機框架傳感器的制備流程圖[24]1.2 導電雜化納米材料1.2.1 導電雜化納米材料概論貴金屬、碳、導電有機納米材料和化學可改性聚合物是納米材料雜化物最常用的成分,如 Au NPs@石墨烯和殼聚糖改性的 Au NPs。通過逐層或原位生成方法將不同的納米材料結(jié)合在一起。納米雜化材料的特性是每種納米材料的結(jié)合,甚至優(yōu)于單獨的各種納米材料[25]。石墨烯、二硫化鉬等二維納米材料在物理、化學和力學方面擁有許多優(yōu)異的性能。但是,二維材料在某些特定環(huán)境下單獨使用時仍存在許多需要改善的不足與局限,,這些情況限制了二維納米材料的廣泛應用。例如,層與層之間作用力容易發(fā)生二次堆疊;因其表面的惰性,石墨烯很難均勻分散在聚合物單體中。為此,設計一些基于二維納米片層的雜化結(jié)構(gòu)是拓寬二維材料應用的重要策略。
【學位授予單位】:云南師范大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2019
【分類號】:TB383.1;TP212

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 劉婷知;夏介仁;李瑤;陳文凱;張帥;劉儀;鄭麗;楊云慧;;基于Pd/COF-LZU1非標記型C-反應蛋白免疫傳感器的研制[J];高等學;瘜W學報;2015年10期

2 許家磊;王宇;后猛;李強;;SNP檢測方法的研究進展[J];分子植物育種;2015年02期

3 翟睿;焦豐龍;林虹君;郝斐然;李佳斌;顏輝;李楠楠;王歡歡;金祖耀;張養(yǎng)軍;錢小紅;;金屬有機框架材料的研究進展[J];色譜;2014年02期

4 王瑩;黃春芳;梁汝萍;邱建丁;;疾病標記物分子印跡技術(shù)在分離傳感分析中的應用[J];分析化學;2013年05期

5 王廣鳳;朱艷紅;陳玲;王倫;;功能性納米材料在電化學免疫傳感器中的應用[J];分析化學;2013年04期

6 梁敏敏;閻錫蘊;;納米材料模擬酶性質(zhì)及其應用[J];東南大學學報(醫(yī)學版);2011年01期

7 胡耀娟;金娟;張卉;吳萍;蔡稱心;;石墨烯的制備、功能化及在化學中的應用[J];物理化學學報;2010年08期

8 顧正彬;季根華;盧明輝;;二維碳材料——石墨烯研究進展[J];南京工業(yè)大學學報(自然科學版);2010年03期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 穆建帥;Co_3O_4納米材料的模擬酶性質(zhì)及其在分析檢測中的應用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

2 丁三元;功能化共價有機框架材料:設計合成、表征及應用[D];蘭州大學;2014年

3 謝建新;納米材料過氧化物模擬酶特性及其應用研究[D];西南大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 劉婷知;基于共價有機框架材料的電化學傳感器的構(gòu)建[D];云南師范大學;2016年

2 熊裕豪;新型納米模擬酶的設計合成及應用研究[D];廣西師范大學;2016年



本文編號:2600948

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