本文關(guān)鍵詞：功能化納米材料電致化學(xué)發(fā)光新體系的建立及其生物分析應(yīng)用　出處：《西南大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 電致化學(xué)發(fā)光 納米材料 傳感技術(shù) 生物分析

【摘要】：電致化學(xué)發(fā)光(electrogenerated chemiluminescence或electrochemiluminescence,ECL)分析技術(shù)是電化學(xué)和化學(xué)發(fā)光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,兼具高可控性和高靈敏度等優(yōu)點,在臨床檢驗診斷、食品安全檢測和環(huán)境污染監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在ECL研究過程中,我們發(fā)現(xiàn)當僅存發(fā)光物質(zhì)時,其ECL強度相對較低;當加入共反應(yīng)試劑時,可以顯著地提高發(fā)光物質(zhì)的ECL強度,因此,發(fā)展高效的ECL共反應(yīng)體系是獲得高的ECL強度進而提高檢測靈敏度的主要途徑之一。納米材料的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)使其具有比表面積大和表面活性位點多等優(yōu)點,能有效提高界面電化學(xué)的反應(yīng)活性,從而提高ECL強度;另一方面,納米材料的量子限域效應(yīng)使其本身可以作為發(fā)光物質(zhì)(例如,量子點、金屬納米簇等),在ECL領(lǐng)域也展現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光效率。因此,納米材料在ECL分析方法中得到了廣泛的應(yīng)用�；诖�,本文主要從利用納米材料提高共反應(yīng)試劑的作用效率以及開發(fā)成本低廉、生物相容性好和ECL性能優(yōu)異的納米材料類發(fā)光物質(zhì)這兩方面出發(fā),發(fā)展高效的新型ECL體系,并構(gòu)建ECL生物傳感器應(yīng)用于蛋白質(zhì)和生物小分子的靈敏檢測。具體研究工作分為以下幾部分:1.基于納米金功能化的磁性石墨烯構(gòu)建高靈敏電致化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的研究共反應(yīng)試劑直接置于檢測底液中存在試劑用量大、操作復(fù)雜和增加測量誤差等問題,因此,尋求一種有效的方法將共反應(yīng)試劑固載在電極界面以解決上述問題。碳納米材料因其大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和良好的生物相容性等特點,被廣泛地用作納米載體應(yīng)用于生物傳感器領(lǐng)域。為進一步增加碳納米材料表面的活性位點,通常需要對碳納米材料進行表面功能化處理。首先,通過一鍋法合成了納米金功能化的磁性石墨烯(Au@Fe_3O_4-rGO)復(fù)合材料,該復(fù)合納米材料具有更大的比表面積、更多的活性位點和易分離等優(yōu)點,可以顯著地提高生物分子的固載量。再利用Au-N鍵作用將聯(lián)吡啶釕(Ru(bpy)32+)的共反應(yīng)試劑精氨酸二肽(bi-Arg)修飾在Au@Fe_3O_4-rGO復(fù)合材料表面,然后繼續(xù)組裝脫嘌呤/脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1(APE-1)二抗,制得增強型二抗耦合物探針。基于夾心免疫反應(yīng),構(gòu)建了高靈敏的免疫傳感器用于APE-1的定量分析。該傳感器對1.0 fg m L-1~5.0 pg m L-1濃度范圍內(nèi)的APE-1呈現(xiàn)出良好的線性響應(yīng),檢測限低至0.3 fg m L-1。2.基于納米金功能化的C60納米復(fù)合物構(gòu)建免標記電致化學(xué)發(fā)光適體傳感器的研究在ECL研究中,納米材料通常作為納米載體用于固載共反應(yīng)試劑,但該方式固載共反應(yīng)試劑的量十分有限。因此,為拓展共反應(yīng)試劑的類型,本文研究了納米材料本身作為共反應(yīng)試劑的可能性。采用溶劑交換法合成了C60納米顆粒(nano-C60),然后通過疏水作用將牛血清白蛋白(BSA)修飾到nano-C60表面,使其表面富含氨基和巰基。然后再將納米金原位還原到nano-C60表面獲得納米金功能化的C60納米復(fù)合物(Au@nano-C60),該復(fù)合納米材料具有比表面大、表面活性位點多和易于成膜等優(yōu)點,是一種理想的電極修飾材料。值得注意的是,Au@nano-C60復(fù)合材料能夠有效地增強S_2O_8~(2-)-O_2體系的ECL信號,并結(jié)合聚組氨酸共反應(yīng)試劑和金納米顆粒的促進作用,構(gòu)建“on-off-on”信號轉(zhuǎn)換模式的免標記ECL適體傳感器用于卡那霉素的靈敏檢測。該制備的適體傳感器對濃度在0.15 nmol L-1~170 mmol L-1范圍內(nèi)的卡那霉素呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,檢測限低至45 pmol L-1。該工作擴寬了納米材料在ECL生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用空間。3.基于hemin/G-四分體脫氧核酶對自增強釕(Ⅱ)復(fù)合物的三重猝滅作用構(gòu)建信號減小型電致化學(xué)發(fā)光適體傳感器的研究傳統(tǒng)的ECL反應(yīng)中,共反應(yīng)試劑對發(fā)光物質(zhì)的ECL增強作用均是通過分子間的電子傳遞實現(xiàn)的。然而,這種分子間的電子傳遞存在較大的能量損失,因此限制了共反應(yīng)試劑增強ECL的效率。鑒于此,本文將發(fā)光物質(zhì)聯(lián)吡啶釕衍生物和共反應(yīng)試劑聚乙烯亞胺(PEI)通過共價交聯(lián)在有機半導(dǎo)體納米材料傒四甲酸(PTCA)表面上,制得自增強釕(Ⅱ)復(fù)合物。該自增強釕(Ⅱ)復(fù)合物中共反應(yīng)試劑與發(fā)光物質(zhì)間的相互作用通過分子內(nèi)的電子傳遞實現(xiàn)的,縮短了電子傳遞的距離,從而極大地增強發(fā)光效率。將該自增強釕(Ⅱ)復(fù)合物滴涂在電極界面成膜,實現(xiàn)了有效地固載共反應(yīng)試劑和發(fā)光物質(zhì)。利用hemin/G-四分體脫氧核酶(hemin/G-quadruplex DNAzymes)對自增強釕(Ⅱ)復(fù)合物的三重ECL猝滅作用,構(gòu)建信號減小型ECL適體傳感器用于凝血酶的檢測。該適體傳感器實現(xiàn)了凝血酶在1.0×10-14 mol L-1~1.0×10-10 mol L-1范圍的高靈敏檢測,其檢測限達到了飛摩爾水平。4.新型銅納米簇的電致化學(xué)發(fā)光及其生物分析應(yīng)用的研究迄今,由于鎘基半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射光譜可調(diào)控和量子產(chǎn)率高的優(yōu)點,使其成為最有前途的納米材料類發(fā)光物質(zhì),然而,鎘離子的存在會帶來不可避免的生物毒性,進而引起環(huán)境污染和危害健康等問題使其在生物分析中的應(yīng)用受到限制。因此,尋求無毒、經(jīng)濟、發(fā)光效率高的ECL納米材料類發(fā)光物質(zhì)是ECL技術(shù)應(yīng)用于生物分析的基礎(chǔ)。銅納米簇(CuNCs)作為一類新型熒光和催化的納米材料,在傳感器、生物標記和催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。截止目前,CuNCs的ECL現(xiàn)象卻還尚未被報道。本文率先研究了CuNCs的陽極ECL信號,并以肼(HZ)作為共反應(yīng)試劑獲得了令人滿意的ECL響應(yīng)�；谠撔滦偷腃uNCs/HZ ECL體系,本文構(gòu)建了信號減小型高靈敏傳感平臺用于測定多巴胺。實驗結(jié)果表明CuNCs作為一種新型低成本和優(yōu)異的發(fā)光納米材料,在ECL生物分析中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。5.基于二硫化鉬量子點電致化學(xué)發(fā)光體系和目標物循環(huán)同步滾環(huán)擴增的放大策略構(gòu)建高靈敏適體傳感器的研究二硫化鉬量子點(MoS_2 QDs)是一類具有類似石墨烯獨特二維結(jié)構(gòu)的過渡金屬二硫化物納米材料,它不僅具有發(fā)射光譜可調(diào)控、量子產(chǎn)率高和易功能化等優(yōu)點,而且由于無重金屬離子還展現(xiàn)出良好的生物相容性,現(xiàn)已被廣泛地用作催化劑、熒光探針等,迄今,對其ECL的研究尚未報道。本文通過化學(xué)剝離法制備了無毒、經(jīng)濟的MoS_2 QDs,并率先研究其ECL性能。在三乙胺(TEA)共反應(yīng)試劑的存在下,可以觀察到強的MoS_2 QDs ECL信號�；贛oS_2 QDs/TEA ECL體系結(jié)合適體識別驅(qū)動的目標物循環(huán)同步滾環(huán)擴增(RCA)的放大策略,構(gòu)建了高靈敏的適體傳感器,實現(xiàn)了對內(nèi)毒素的痕量分析。該傳感器對濃度在0.1 fg m L-1~50ng m L-1范圍內(nèi)的內(nèi)毒素呈現(xiàn)出良好的線性響應(yīng),其檢測限低至0.07 fg m L-1。實驗結(jié)果表明,具有穩(wěn)定發(fā)光的新型MoS_2 QDs將成為一種有競爭力的新興ECL納米材料類發(fā)光物質(zhì)。
[Abstract]:Electrochemiluminescence (electrogenerated chemiluminescence or electrochemiluminescence ECL) analysis technology is a product of electrochemistry and chemiluminescence technique which combines the advantages of both high controllability and high sensitivity, has broad application prospects in the field of clinical diagnosis, food safety detection and monitoring of environmental pollution etc.. In the process of ECL research, we found that when the only luminescent material, the intensity of ECL is relatively low; when adding co reaction reagent, can significantly improve the strength of ECL, a light emitting substance therefore, development of efficient ECL reaction system is to obtain ECL high strength and one of the main ways to improve the detection sensitivity. Nano size effect and surface effect so that it has a large specific surface area and surface active sites and other advantages, can effectively improve the electrochemical reaction activity of interface, so as to improve the strength of ECL; on the other hand, the quantum confinement effect of nano materials which itself can be used as light emitting material (e.g., quantum dots, metal nanoclusters etc.) in the field of ECL, showing excellent luminous efficiency. Therefore, nanomaterials have been widely used in the ECL analysis method. Based on this, this article mainly from the use of nano materials to improve the reaction efficiency and total development cost of reagent cost, good biocompatibility and nano materials luminescence material ECL excellent performance of the two aspects, the new ECL system development and construction of efficient, sensitive detection of ECL Biosensor Applied to protein and small biological molecules. The specific research work is divided into the following parts: 1. magnetic graphene gold nanoparticles functionalized based on high sensitive chemiluminescence immunosensor Research Co reaction reagent consumption, complex operation and increase the measurement error problem, directly on the bottom liquid detection reagent therefore, explore an effective method to co reaction reagent immobilized on the electrode interface in order to solve the above problems. Carbon nanomaterials are widely used as nano carriers for biosensors because of their large specific surface area, excellent electrical conductivity and good biocompatibility. In order to further increase the active sites on the surface of carbon nanomaterials, the surface functionalization of carbon nanomaterials is usually needed. First of all, nano gold functionalized magnetic graphene (Au@Fe_3O_4-rGO) composite materials were synthesized by one pot. The composite nanomaterials have larger specific surface area, more active sites and easier separation, which can significantly improve the immobilization of biomolecules. Then, the Au-N bond was used to modify the surface of the Au@Fe_3O_4-rGO composite surface with the bipyridine ruthenium (Ru (bpy) 32+) Co reaction reagent, arginine two peptide (bi-Arg), and then continued to assemble the anti purine / deacinase endonuclease 1 (APE-1) two resistance, and the enhanced two anti coupling probe was prepared. Based on the sandwich immunoreaction, a highly sensitive immunosensor was constructed for the quantitative analysis of APE-1. The sensor has a good linear response to the APE-1 in the concentration range of 1 FG m L-1~5.0 PG m L-1, and the detection limit is low to 0.3 FG m L-1. 2., based on nano gold functionalized C60 nanocomposites, a label free electrochemiluminescence aptamer sensor was developed. In ECL research, nanomaterials were usually used as nano carriers for immobilized co reagents, but the amount of immobilized co reagents was very limited. Therefore, in order to expand the type of CO reagents, the possibility of nanomaterials as co reagents is studied in this paper. C60 nanoparticles (nano-C60) were synthesized by solvent exchange. Then, bovine serum albumin (BSA) was modified onto nano-C60 surface by hydrophobic interaction, so that its surface was rich in amino and sulfhydryl groups. Then, nano gold was reduced to nano-C60 surface in situ, and gold nanoparticles functionalized C60 nanocomposite (Au@nano-C60) was obtained. The composite nanomaterial has many advantages, such as large surface area, multiple surface active sites and easy to film, etc. it is an ideal electrode modifier. It is worth noting that the Au@nano-C60 composite materials can effectively enhance the S_2O_8~ (2-) ECL signal -O_2 system, combined with the histidine co reaction reagent and gold nanoparticles to promote the role of constructing "on-off-on" mode ECL signal conversion label free aptamer sensor for kanamycin sensitive detection. The prepared body sensor has a good linear relationship with kanamycin in the range of 0.15 nmol L-1~170 mmol L-1, and the detection limit is as low as 45 pmol L-1. This work broadens the application space of nanomaterials in the field of ECL biosensing. 3. hemin/G- four split DNAzyme on self enhancement based on ruthenium (II) signal for reducing the ECL reaction of ECL sensor in the traditional body building three kinds of quenching compound and co reaction reagent on luminescence material ECL enhancement were all done by intermolecular electronic transfer. However, there is a large energy loss in this intermolecular electron transfer, thus limiting the efficiency of the co reagents to enhance the ECL. In view of this, this paper will glow bipyridine ruthenium derivatives and co reaction reagent of polyethyleneimine (PEI) by covalent cross-linking in organic semiconductor nano materials Xi four formic acid (PTCA) on the surface, prepared from ruthenium (II) complexes enhanced. The interaction between the self reacting ruthenium (II) complex and the luminescent materials is achieved by intramolecular electron transfer, which shortens the distance of electron transfer, thus greatly enhancing the luminous efficiency. The self reinforced ruthenium (II) compound droplets were coated on the electrode interface, and the co reacting reagents and luminescent substances were effectively immobilized. Using hemin/G- four partial deoxy ribozyme (hemin/G-quadruplex DNAzymes) to enhance the three ECL quenching effect of self reinforced ruthenium (II) complex, a signal reduced ECL aptamer sensor was set up for thrombin detection. The aptamer sensor is sensitive to the high sensitivity of thrombin in the range of 1 * 10-14 mol L-1~1.0 x 10-10 mol L-1
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3;TB383.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;納米材料[J];新型建筑材料;2000年09期

2 杜仕國,施冬梅,鄧輝;納米材料的特異效應(yīng)及其應(yīng)用[J];自然雜志;2000年02期

3 ;納米材料 新世紀的黃金材料[J];城市技術(shù)監(jiān)督;2000年10期

4 ;什么是納米材料[J];中國粉體技術(shù);2000年05期

5 鄒超賢;納米材料的制備及其應(yīng)用[J];廣西化纖通訊;2000年01期

6 吳祖其;納米材料[J];光源與照明;2000年03期

7 ;納米材料的特性與應(yīng)用方向[J];河北陶瓷;2000年04期

8 沈青;納米材料的性能[J];江蘇陶瓷;2000年01期

9 李良訓(xùn);納米材料的特性及應(yīng)用[J];金山油化纖;2000年01期

10 劉冰,任蘭亭;21世紀材料發(fā)展的方向—納米材料[J];青島大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2000年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王少強;邱化玉;;納米材料在造紙領(lǐng)域中的應(yīng)用[A];'2006（第十三屆）全國造紙化學(xué)品開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];2006年

2 宋云揚;余濤;李艷軍;;納米材料的毒理學(xué)安全性研究進展[A];2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第四卷)[C];2010年

3 ;全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2001年

4 鐘家湘;葛雄章;劉景春;;納米材料改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的實踐與建議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2001年

5 高善民;孫樹聲;;納米材料的應(yīng)用及科研開發(fā)[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2001年

6 ;全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（下卷）[C];2001年

7 金一和;孫鵬;張穎花;;納米材料的潛在性危害問題[A];中國毒理學(xué)通訊[C];2001年

8 張一方;呂毓松;任德華;陳永康;;納米材料的二種制備方法及其特征[A];第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

9 古宏晨;;納米材料產(chǎn)業(yè)化重大問題及共性問題[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2003年

10 馬玉寶;任憲福;;納米科技與納米材料[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 周建人;我國出臺首批納米材料國家標準[N];中國建材報;2005年

2 記者 王陽;上海形成納米材料測試服務(wù)體系[N];上�？萍紙�;2004年

3 ;納米材料七項標準出臺[N];世界金屬導(dǎo)報;2005年

4 通訊員 韋承金邋記者 馮國梧;納米材料也可污染環(huán)境[N];科技日報;2008年

5 廖聯(lián)明;納米材料 利弊皆因個頭小[N];健康報;2009年

6 盧水平;院士建議開展納米材料毒性研究[N];中國化工報;2009年

7 郭良宏 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員 江桂斌 中國科學(xué)院院士;納米材料的環(huán)境應(yīng)用與毒性效應(yīng)[N];中國社會科學(xué)報;2010年

8 記者 任雪梅　莫璇;中科院納米材料產(chǎn)業(yè)園落戶佛山[N];佛山日報;2011年

9 實習(xí)生 高敏;納米材料：小身材涵蓋多領(lǐng)域[N];科技日報;2014年

10 本報記者 李軍;納米材料加速傳統(tǒng)行業(yè)升級[N];中國化工報;2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊楊;功能化稀土納米材料的合成及其生物成像應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 王艷麗;基于氧化鈦和氧化錫納米材料的制備及其在能量存儲中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 吳勇權(quán);含銪稀土納米材料的功能化及其生物成像應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 曹仕秀;二硫化鎢(WS_2)納米材料的水熱合成與光吸收性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 廖蕾;基于功能納米材料的電化學(xué)催化研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 胥明;一維氧化物、硫化物納米材料的制備，功能化與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

7 李淑煥;納米材料親疏水性的實驗測定與計算預(yù)測[D];山東大學(xué);2015年

8 范艷斌;亞細胞水平靶向的納米材料的設(shè)計、制備與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 丁泓銘;納米粒子與細胞相互作用的理論模擬研究[D];南京大學(xué);2015年

10 駱凱;基于金和石墨烯納米材料的生物分子化學(xué)發(fā)光新方法及其應(yīng)用[D];西北大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 向蕓頡;卟啉納米材料的制備及其應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2010年

2 劉武;層狀納米材料/聚合物復(fù)合改性瀝青的制備與性能[D];華南理工大學(xué);2015年

3 劉小芳;基于納米材料/聚合膜材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于生物小分子多組分的檢測[D];西南大學(xué);2015年

4 王小萍;基于金納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用[D];上海師范大學(xué);2015年

5 郭建華;金納米材料的修飾及其納米生物界面的研究[D];河北大學(xué);2015年

6 魏杰;普魯士藍納米粒子的光熱毒性研究[D];上海師范大學(xué);2015年

7 張華艷;改性TiO_2納米材料的制備及其光電性能研究[D];河北大學(xué);2015年

8 胡雪連;基于納米材料的新型熒光傳感體系的構(gòu)筑[D];江南大學(xué);2015年

9 黃樊;氧化鈷基催化材料形貌、晶面控制與催化性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

10 周佳林;新型核殼結(jié)構(gòu)金納米材料用于腫瘤的近紅外光熱治療研究[D];浙江大學(xué);2015年

，

本文編號：1343590