三維(3D)多孔納米材料是指通過相互封閉或相互滲透的孔洞構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一類材料。共價有機(jī)骨架材料(COFs)是由輕元素(B,C,N,O,Si)合成的新型多孔結(jié)晶材料。金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)也是三維多孔材料中的一種,由于該材料具有較大的比表面積、結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點,使其成為構(gòu)建新型電化學(xué)傳感器的一種有前途的新材料。本文合成了比表面積大、電子遷移率高、成本低廉的金納米粒子-硫化鈷/氧化石墨烯(Au NPs@CoS/GO)復(fù)合材料、Fe-MOFs(Fe-MIL-88 NH_2)材料、Au NPs@COF-LZU8納米復(fù)合材料、四面體DNA納米材料,并利用其開發(fā)了用于C-反應(yīng)蛋白及單核苷酸多態(tài)性(SNP)檢測的電化學(xué)生物傳感器。(1)在第2章中,構(gòu)建了一種基于多孔共價有機(jī)骨架材料和Au NPs@CoS/石墨烯氧化物(GO)納米復(fù)合材料的超靈敏夾心型電化學(xué)免疫傳感器用于C-反應(yīng)蛋白(CRP)的測定。首先合成了Au NPs@CoS/GO納米復(fù)合材料,因其具有高導(dǎo)電性可作為基質(zhì)固定CRP抗體。采用金納米顆粒修飾一種新的多孔共價有機(jī)骨架材料(COF-LZU8),并且吸附電活性物質(zhì)硫堇(Thi)制備了納米復(fù)合材料Thi/Au NPs@COF-LZU8作為標(biāo)記物。利用高靈敏度的微分脈沖伏安法(DPV)可以直接在-0.2V檢測Thi/Au NPs@COF-LZU8上Thi的還原峰信號。由于COF-LZU8具有較大的比表面積,可以吸附大量的Thi,從而放大信號。此外,由于Thi/Au NPs@COF-LZU8具有較好的生物親和力,對CRP抗體有很強(qiáng)的吸附能力,可用于標(biāo)記CRP抗體。CRP抗原濃度與標(biāo)記物上Thi的還原電流成正比,實現(xiàn)了CRP的定量檢測。在最優(yōu)條件下,測定CRP的線性范圍為0.05-150ng/mL,檢出限為0.016 ng/mL。該免疫傳感器為CRP的檢測提供了一種更為有效、靈敏的方法(2)在第3章中,通過水熱法合成了三維多孔納米材料Fe-MOFs(Fe-MIL-88NH_2),并將Fe-MIL-88 NH_2作為基質(zhì)材料研制了雙信號比率型免疫傳感器用于C-反應(yīng)蛋白的檢測。八面體結(jié)構(gòu)的MOFs不僅提供了更大的有效表面積,用于增加固定生物分子的量并促進(jìn)電子和離子的傳輸,而且還表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。將Au NPs修飾到MOFs上可以進(jìn)一步增加特定的表面積以捕獲大量抗體以及提高電子轉(zhuǎn)移能力。隨著CRP濃度的增加,K_3Fe(CN)_6/K_4Fe(CN)_6的氧化還原峰電流減小,而MOFs中Fe~(3+)的還原峰電流相對恒定。采用K_3Fe(CN)_6/K_4Fe(CN)_6響應(yīng)電流與MOFs的響應(yīng)電流比值作為定量測定CRP的響應(yīng)信號。由K_3Fe(CN)_6/K_4Fe(CN)_6作為信號探針(K_3Fe(CN)_6/K_4Fe(CN)_6-sP)和Au NPs修飾的Fe-MOFs作為內(nèi)參比探針(MOFs-rP),這種比率探針將sP和rP整合到一個結(jié)構(gòu)中,確保了完全相同的修飾條件以及sP和rP在一個傳感界面上的相互依賴性。因此,這種比率型探針具有更強(qiáng)的消除環(huán)境變化干擾的能力。本文所提出的免疫傳感器線性響應(yīng)范圍為1 ng/mL-200 ng/mL,檢測下限為0.3 ng/mL(S/N=3)。該傳感器具有良好的選擇性,并且有望用于心血管疾病的早期篩查和診斷。該方法還為制備其它檢測生物標(biāo)志物的比率信號放大傳感器奠定了基礎(chǔ)。(3)在第4章的研究中,將Au NPs@Fe-MIL-88 NH_2作為標(biāo)記CRP抗體的標(biāo)記物,利用金標(biāo)簽銀染(gold label silver stain,GLSS)技術(shù),使用標(biāo)記物上的金納米粒子(Au NPs)還原銀離子,構(gòu)建了一種夾心型紙基免疫傳感器,使用一個簡單的Image J軟件檢測體系的灰度值,實現(xiàn)CRP的定量檢測。利用MOFs材料的多孔結(jié)構(gòu)吸附較多的金納米粒子(Au NPs),以Au NPs作為成核位點,在還原劑存在下自動催化銀離子化學(xué)還原為銀金屬,并且通過表面上金納米顆粒的密度來確定銀的增強(qiáng)效應(yīng)。CRP濃度越高,標(biāo)記物上的金納米顆粒的密度越高,被還原的銀離子也就越多,圖像的灰度值越高,CRP濃度與灰度值成線性關(guān)系。在最優(yōu)條件下,CRP濃度與灰度值在0.05 ng/mL-100 ng/mL范圍內(nèi)成線性關(guān)系,檢測下限是0.017 ng/mL。該方法成本低廉,操作簡便,快捷實用,具有實際意義。與Au NPs直接被標(biāo)記在二抗(Ab2)上的常規(guī)GLSS方法相比,該方法具有更高的靈敏度。這是因為Fe-MIL-88 NH_2具有氨基、較大的比表面積和結(jié)合位點,可吸附更多的Au NPs并將其標(biāo)記在Ab2上。因此,在染色期間暴露更多的Au NPs,并使更多的銀離子被還原為銀。(4)研究表明SNP與許多疾病有關(guān),因此對SNP的檢測具有重要意義。在第5章中,我們設(shè)計了一種基于DNA四面體納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)傳感平臺用于高靈敏的SNP檢測。利用精心設(shè)計的四條單鏈DNA序列合成出DNA四面體納米材料。在玻碳(GC)電極上修飾金納米顆粒/氧化石墨烯(Au NPs@GO)作為電極的基底,通過DNA末端修飾的巰基(-SH)基團(tuán)將DNA四面體納米材料組裝到電極表面。當(dāng)目標(biāo)DNA存在時,目標(biāo)DNA的末端與DNA四面體納米材料的DNA末端雜交。此時,標(biāo)記了Au NPs@Fe-MOF材料的信號探針能夠與目標(biāo)DNA的另一末端雜交。通過檢測Fe-MOF材料中的Fe~(3+)信號峰,達(dá)到檢測SNP的目的。在0.5-500 nmol/L范圍內(nèi),傳感器峰電流值與target DNA濃度的對數(shù)具有良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)R~2為0.9943,檢測下限為0.166 nmol/L。用DNA自組裝納米技術(shù)合成的四面體DNA納米材料,是一種最簡單而且又最牢固的金字塔三維結(jié)構(gòu)模型,可以提高體系的特異性。
【學(xué)位單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP212.3;TB383.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒論單，無標(biāo)記和超靈敏的電化學(xué)免疫傳感器。原理見圖 1.1，Thi 分子吸附在納米復(fù)合材料上仍然保留了電氧化還原活性。同時，納米復(fù)合材料中的 Au 納米顆粒（Au NPs）提供了用于固定生物分子的活性位點。基于 GO–Thi–Au NPs 的納米復(fù)合材料的免疫傳感器顯示超低檢測限為 0.05 fg/mL，線性范圍為 0.1 fg/mL-109fg/mL。

圖 1.2 （A）HRP 和 Pt-Pd-GS 標(biāo)記的氧化還原探針分支抗體的制備方法（B）免疫傳感器的逐步制造過程和抗體-抗原相互作用的示意圖[72]Fig 1.2 Preparation procedure of HRP and Pt-Pd-GS labeled redox probe branched antibodies(A).Schematic illustration of the stepwise immunosensor fabrication process and interaction ofantibody–antigen(B)[72].2.1.3 三維多孔納米材料的性能多孔（Nanoporous）材料是具有孔隙和納米尺度特征的三維多孔固體[73]。納多孔物質(zhì)是多孔材料的重要組成成分，具有高比表面積和顯著的表面效應(yīng)[74]。照其孔徑的大小將多孔材料分為：孔徑小于 2 nm 的微孔材料，孔徑在 2 nm-50m 的中孔材料和孔徑大于 50 nm 的大孔材料。一旦物質(zhì)達(dá)到納米級別，在催化域、電光學(xué)領(lǐng)域、電磁和熱力學(xué)等方面會顯現(xiàn)特異性。三維多孔納米材料具普通材料所不具備的獨特性能[75, 76]：（1）表面與界面效應(yīng)；因為納米多孔材料的尺寸小,僅相當(dāng)于幾個原子大小，

其原理見圖1.4，Au NPs/Cu-MOF 不僅用作固定發(fā)夾探針 3（HP3）的納米載體，而且還作為信號報告的電活性材料。當(dāng)葡萄糖存在于檢測溶液中時，Au NPs/Cu-MOF 催化葡萄糖的氧化以實現(xiàn)無酶信號放大。該生物傳感器具有較低的檢測限（0.33fg/mL）和較寬的線性范圍（1.0 fg/mL-100 ng/mL），并提供了一種基于氧化還原 MOF 構(gòu)建具有強(qiáng)電流信號的的傳感器的方法。
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本文編號：2891266