本文關(guān)鍵詞：基于新型抗污染材料的電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建及其應(yīng)用研究　出處：《青島科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本課題主要以新型的抗污染材料為基礎(chǔ),以不同的導(dǎo)電聚合物修飾電極,通過(guò)不同的組裝方式構(gòu)建不同的電化學(xué)生物傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種疾病標(biāo)志物的特異性、靈敏性檢測(cè)。采用多種表征手段對(duì)不同生物傳感界面的抗污染性能進(jìn)行了探究,通過(guò)不同的電化學(xué)技術(shù)研究了各種生物傳感器對(duì)目標(biāo)物的傳感響應(yīng)能力,并分析了構(gòu)建的生物傳感器在真實(shí)血清樣品中目標(biāo)物檢測(cè)方面的應(yīng)用潛力。本論文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下:(1)采用簡(jiǎn)單的電沉積方法在玻碳電極(GCE)表面成功制備了聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚乙二醇衍生物(PEDOT/PEG)復(fù)合材料。采用掃描電子顯微鏡(SEM)和循環(huán)伏安(CV)技術(shù)對(duì)該復(fù)合材料修飾電極(PEDOT/PEG/GCE)的表面形貌和電化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明該復(fù)合材料呈多層片狀結(jié)構(gòu)、比表面積大,而且電化學(xué)穩(wěn)定性高。以牛血清白蛋白(BSA)溶液為測(cè)試對(duì)象,通過(guò)電化學(xué)交流阻抗(EIS)技術(shù)探究了該復(fù)合材料修飾界面在消除蛋白質(zhì)非特異性吸附方面的性能表現(xiàn),結(jié)果表明該復(fù)合材料修飾界面具有良好的消除蛋白質(zhì)非特異性吸附的效能。通過(guò)自組裝方式在聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚乙二醇衍生物修飾電極的表面引入金納米粒子(AuNPs),繼而在金納米粒子表面固定甲胎蛋白抗體(AFP-Ab),成功構(gòu)建了甲胎蛋白(AFP)電化學(xué)生物傳感器。該生物傳感器的傳感性能通過(guò)電化學(xué)交流阻抗技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試,得到的線性檢測(cè)范圍從0.001 fg/m L到10.0 fg/m L,最低檢出限是0.0003 fg/m L,而且,構(gòu)建的甲胎蛋白生物傳感器表現(xiàn)出超高的選擇性、靈敏度和實(shí)際應(yīng)用潛力。該生物傳感器優(yōu)異的性能表現(xiàn)主要?dú)w因于制備的聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚乙二醇衍生物復(fù)合材料具有較大的比表面積、較高的穩(wěn)定性、抗污染性能和生物相容性。(2)具有超高的親水性且呈現(xiàn)電中性的兩性離子多肽(Peptide)是優(yōu)良的抗污染材料。通過(guò)自組裝方式將抗污染多肽(氨基酸序列為EKEKEKEPPPPC)固定在金電極(Au)表面,形成抗污染界面層,并采用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)對(duì)該界面分別在單一蛋白質(zhì)溶液(人血清白蛋白HSA和溶菌酶lysozyme)和復(fù)雜蛋白質(zhì)溶液(人類血清human serum)中的抗污染性能進(jìn)行了探索。采用水的接觸角實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該兩性離子多肽界面的親水性。基于該兩性離子多肽薄膜優(yōu)異的抗污染特性,利用多肽上自帶的功能基團(tuán)(-nh2),將羧基(-cooh)修飾的含有19個(gè)堿基的乳腺癌易感基因1(brca1)相關(guān)的dna序列連接到電極表面,結(jié)合雙鏈dna雜交會(huì)引起電化學(xué)信號(hào)變化的原理,成功構(gòu)建能夠特異性、靈敏性識(shí)別乳腺癌易感基因1的電化學(xué)抗污染生物傳感器。傳感器的構(gòu)建過(guò)程主要采用x射線光電子能譜(xps)和電化學(xué)交流阻抗技術(shù)進(jìn)行表征。通過(guò)電化學(xué)交流阻抗技術(shù)得到的線性檢測(cè)范圍從1.0fm到10.0pm,最低檢出限為0.3fm。諸多優(yōu)異的傳感性能,包括抗污染性、選擇性、靈敏度、重現(xiàn)性等,表明該生物傳感器有望用于乳腺癌易感基因1的臨床分析。(3)抗污染材料與生物識(shí)別探針在電極表面的組裝方式,是影響生物傳感界面的抗污染性能和目標(biāo)識(shí)別能力的關(guān)鍵因素之一。在本研究中,我們自主設(shè)計(jì)了具有親水性和電中性的兩性離子多肽(氨基酸序列為eesksesksggggc)。采用電化學(xué)差分脈沖伏安(dpv)法探究了短鏈的兩性離子多肽(eesksesksggggc)和長(zhǎng)鏈的生物識(shí)別探針(甲胎蛋白適配體afp-aptamer)在金電極表面的不同自組裝方式對(duì)構(gòu)建界面的抗污染性能和目標(biāo)檢測(cè)能力的影響。構(gòu)建的生物傳感界面的抗污染能力分別在不同濃度的蛋白質(zhì)溶液,包括人血清白蛋白溶液和復(fù)雜的人血清溶液,通過(guò)靈敏的電化學(xué)差分脈沖伏安技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試。傳感界面的構(gòu)建過(guò)程、親水特性以及目標(biāo)響應(yīng)能力分別通過(guò)電化學(xué)技術(shù)交流阻抗、差分脈沖伏安、x射線光電子能譜、水的接觸角實(shí)驗(yàn)等不同技術(shù)進(jìn)行了表征。該生物傳感器對(duì)目標(biāo)物甲胎蛋白的線性檢測(cè)范圍在10.0fg/ml到100.0pg/ml之間。將制備的生物傳感器應(yīng)用于實(shí)際人血清樣本中甲胎蛋白含量的測(cè)定,得到的結(jié)果與醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果的偏差在6.0%之內(nèi),顯示出較高的實(shí)際應(yīng)用潛力。(4)間氨基苯甲酸(m-aminobenzoicacid)是苯胺的一種衍生物。采用電化學(xué)技術(shù)在玻碳電極表面成功電聚合聚間氨基苯甲酸(p-maba),并通過(guò)掃描電子顯微鏡技術(shù)對(duì)其修飾電極的表面形貌進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示聚間氨基苯甲酸修飾電極呈明顯的褶皺形態(tài),有效地增大了電極的比表面積。利用聚間氨基苯甲酸自身含有的羧基基團(tuán),先后固定氨基修飾的捕獲探針(人免疫球蛋白e適配體ige-aptamer)和抗污染多肽(氨基酸序列為chhhddd)制備電化學(xué)生物傳感器�；谀繕�(biāo)蛋白(ige)與對(duì)應(yīng)適配體(ige-aptamer)之間的特異性結(jié)合能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物人免疫球蛋白e的靈敏性檢測(cè)。電化學(xué)交流阻抗、循環(huán)伏安、差分脈沖伏安等多種電化學(xué)技術(shù)被用于該生物傳感器的構(gòu)建、抗污染性能及傳感性能的表征。聚間氨基苯甲酸修飾的電極界面在不同濃度(v/v)的胎牛血清(fbs)溶液中表現(xiàn)出較高的抗污染性能。構(gòu)建的生物傳感器對(duì)免疫球蛋白E的線性檢測(cè)范圍在0.01 ng/m L到50.0 ng/mL之間,表現(xiàn)出較高的選擇特異性。
[Abstract]:This paper is mainly based on the anti pollution new material, with different conductive polymer electrodes, electrochemical biosensors based on different assembly through different ways, to achieve specific, a variety of markers of disease detection sensitivity. Using a variety of characterization methods of anti pollution performance of different biological sensing interface have been studied by electrochemical technology study of the variety of biological sensor on the target response ability, and analyzes the application potential of the biosensor was constructed on target detection in real serum samples. The main research contents of this thesis are summarized as follows: (1) by electrodeposition method simple on glassy carbon electrode (GCE) surface successfully. Preparation of poly ethylene 3,4- two oxygen thiophene / polyethylene glycol derivative (PEDOT/PEG) composite material. By scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry (CV) technology of the complex The composite modified electrode (PEDOT/PEG/GCE) surface morphology and electrochemical stability were studied. The results show that the composite material is a multilayer structure, large surface area and high electrochemical stability. Using bovine serum albumin (BSA) solution as the test object, the electrochemical impedance (EIS) technique to explore the composite modification the interface in the elimination of protein non specific adsorption performance, results show that the interfacial modification of the composite material has a good elimination of nonspecific protein adsorption performance. Through self-assembly of poly 3,4- in two oxygen ethylene thiophene / polyethylene glycol derivatives modified electrode surface into gold nanoparticles (AuNPs), and then in a fixed on the surface of gold nanoparticles fetoprotein antibody (AFP-Ab), the successful construction of alpha fetoprotein (AFP) electrochemical biosensor. The biosensor sensitivity by electrochemistry AC impedance technique was tested. The linear detection range from 0.001 fg/m to 10 L fg/m L, the lowest detection limit is 0.0003 fg/m L, and the selectivity of AFP biosensor showed a super high sensitivity, and practical applications. The performance of the biosensor is mainly attributed to the excellent preparation of poly 3,4- two oxygen ethylene thiophene / polyethylene glycol derivatives of composite materials with high surface area, high stability, anti fouling properties and biocompatibility. (2) with high hydrophilicity and electrically neutral zwitterionic peptide (Peptide) is the excellent anti pollution materials. Through self assembling the anti pollution polypeptide (amino acids EKEKEKEPPPPC) immobilized on the gold electrode (Au) surface, the formation of anti pollution boundary layer, and the electrochemical impedance of the interface in a single protein solution (human blood. Protein HSA and lysozyme lysozyme) and complex protein solution (human serum human serum) in the anti pollution performance was explored. The water contact angle experiments verify the hydrophilicity of the zwitterionic peptide interface. Anti fouling characteristics of the zwitterionic peptide film with excellent functional groups based on the use of a polypeptide with (-nh2) the carboxyl (-cooh), modified to contain 19 nucleotides of breast cancer susceptibility gene 1 (BRCA1) DNA sequence is connected to the electrode surface, combined with the principle of double stranded DNA hybrid will cause the electrochemical signal changes, can successfully construct specific susceptibility gene 1, electrochemical sensitivity of breast cancer anti pollution biological recognition the construction process of the main sensor. Sensor using X ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrochemical impedance spectroscopy was investigated. The linear detection range obtained by electrochemical impedance technique from 1.0fm to 10 .0pm, the lowest detection limit was 0.3fm. many excellent sensing properties, including pollution resistance, selectivity, sensitivity, reproducibility, showed that the biosensor could be used in clinical analysis of breast cancer susceptibility gene 1. (3) anti pollution materials and biological recognition probe in the assembly of the electrode surface, is one of the effects of biological sensor the interface of the anti pollution performance and target recognition ability of the key factors. In this study, we designed the zwitterionic peptide with hydrophilic and neutral (amino acids eesksesksggggc). Differential pulse voltammetry using electrochemical (DPV) the zwitterionic peptide short chain of inquiry (eesksesksggggc) probe and biological identification long chain (AFP aptamer afp-aptamer) on the gold electrode surface of different self-assembly methods on anti pollution performance and target detection ability to construct interface. The influence of community construction of biosensors The anti pollution ability in protein solutions of different concentrations, including human serum albumin and human serum by complex solution, sensitive electrochemical differential pulse voltammetric techniques were tested. The construction process of sensing interface, hydrophilicity and target response ability respectively by electrochemical impedance technique, differential pulse voltammetry, X-ray photoelectron x energy spectrum, water contact angle experiments of different technology were investigated. The linear biosensor for target detection of alpha fetoprotein in the range of 10.0fg/ml to 100.0pg/ml. The determination of biosensor prepared in serum samples of the actual application of alpha fetoprotein detection results, the results obtained with the standard deviation of the hospital in 6%, showing high application potential. (4) m-aminobenzoic acid (m-aminobenzoicacid) is a derivative of aniline by electrochemical. Science and technology on the surface of glassy carbon electrode electro polymerization m-aminobenzoic acid (p-maba), and surface morphology were characterized by scanning electron microscopy on the modified electrode. The results showed that poly m-aminobenzoic acid modified electrode showed obvious fold shape, effectively increasing the specific surface area of the electrode. The carboxyl group poly m-aminobenzoate itself contains, has fixed amino modified capture probe (Human Immunoglobulin e aptamer ige-aptamer) and anti pollution peptide (amino acid sequence chhhddd). Preparation of electrochemical biosensor based on a target protein (IGE) and corresponding aptamer (ige-aptamer) specific binding capacity, to achieve the target Human Immunoglobulin e sensitivity detection. Electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry and other electrochemical techniques were used to construct the biosensor, anti pollution Characterization and sensing properties. Poly m-aminobenzoic acid modified electrode interface (v/v) in different concentrations of fetal bovine serum (FBS) showed the anti pollution performance of high solution. Linear biosensors for the detection of immunoglobulin E in the range of 0.01 ng/m L to 50 ng/mL, showing selection of high specificity.

【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.3;TB34

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本文編號(hào)：1431797