【摘要】：長(zhǎng)期以來,生化分析及生物傳感方法的創(chuàng)新一直是分析化學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)之一,迄今已發(fā)展了很多這方面的新方法,以適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)、食品安全和環(huán)境分析等領(lǐng)域多樣化的分析檢測(cè)需求。基于高特異性的各種生物親和行為(免疫親和、核酸雜交、適體親和、糖-凝集素親和等)所發(fā)展出的生化分析及生物傳感方法選擇性好,因此,提高其檢測(cè)靈敏度長(zhǎng)期以來一直是該領(lǐng)域最重要的研究目標(biāo)之一。電化學(xué)分析法靈敏度高、選擇性好、檢測(cè)下限低、成本低、操作簡(jiǎn)便、儀器具有便攜性,是面向快速、現(xiàn)場(chǎng)生物醫(yī)學(xué)分析的重要手段。金屬及其化合物納米材料經(jīng)常用作生物電分析中的標(biāo)記物,因可借助溶出伏安分析法便捷靈敏地檢測(cè)金屬成分,從而實(shí)現(xiàn)快速高敏的生物分析(即金屬標(biāo)記的安培生物分析,MLAB)。從微觀層面來說,核外電子運(yùn)動(dòng)問題是化學(xué)的一個(gè)核心科學(xué)問題,也是物質(zhì)基礎(chǔ)為分子/離子/原子的生物學(xué)和材料科學(xué)等下游學(xué)科的重要科學(xué)問題。電子運(yùn)動(dòng)行為,如電子的能級(jí)躍遷、弱的電子(電荷)相互作用、強(qiáng)的電子相互作用(電子共享)以及完全的電子得失,是眾多化學(xué)反應(yīng)和現(xiàn)象的微觀基礎(chǔ)。從這個(gè)意義上說,可以認(rèn)為化學(xué)主要是一門研究和利用核外電子的科學(xué)。我們認(rèn)為,創(chuàng)新獲取和放大生物傳感電極界面上電子轉(zhuǎn)移信號(hào)的方法,不僅有助于電分析化學(xué)和電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展,也對(duì)于深入認(rèn)識(shí)核外電子運(yùn)動(dòng)行為這一化學(xué)學(xué)科全局問題具有意義。本學(xué)位論文中,在簡(jiǎn)要綜述電化學(xué)生物傳感器及納米生物傳感領(lǐng)域近期進(jìn)展的基礎(chǔ)上,基于生物親和、金屬及其化合物納米材料標(biāo)記和信號(hào)放大,開展了系列高敏安培生物傳感研究工作,實(shí)現(xiàn)了幾種腫瘤標(biāo)志物和心肌損傷標(biāo)志物的高敏或準(zhǔn)單分子水平超敏檢測(cè)。主要內(nèi)容如下:1.在二抗標(biāo)記有納米金(Au NPs)的三明治免疫電極上,基于Au NPs催化的HAu Cl4/羥胺(NH2OH)氧化還原反應(yīng)(金標(biāo)金染法)高效放大金標(biāo)的尺寸,在免疫電極上、微升滴HBr-Br2溶液中進(jìn)行金標(biāo)的同時(shí)化學(xué)溶解和陰極富集,以及采用原位陽(yáng)極溶出伏安(ASV)檢測(cè)所富集的金,提出了雙重放大免疫 金標(biāo)的安培信號(hào)的超敏免疫傳感新方法。在優(yōu)化條件下,該法可敏感到數(shù)個(gè)蛋白質(zhì)分子(人免疫球蛋白(Ig G)或前列腺癌抗原(PSA))。2.基于二抗上標(biāo)記納米金(Au NPs)的三明治免疫電極和多次交替進(jìn)行的金標(biāo)銀染/原電池置換反應(yīng)(GRR),以及銀的同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集和免疫電極上微升滴溶液中的原位ASV檢測(cè),提出了超敏的金屬標(biāo)記安培免疫分析(MLAI)新方法。納米金標(biāo)催化氫醌(HQ)化學(xué)還原Ag+,在納米金標(biāo)表面生成納米銀(金標(biāo)銀染)。多次進(jìn)行所染上銀與氯金酸之間的GRR反應(yīng),銀的ASV信號(hào)得到顯著放大。優(yōu)化條件下,該法對(duì)Ig G的檢測(cè)下限為0.2 fg m L-1,人甲胎蛋白(AFP)為0.1 fg m L-1(均相當(dāng)于所用6μL樣品中的5個(gè)蛋白質(zhì)分子)。通過免疫反應(yīng)熱力學(xué)推導(dǎo),探討了單分子水平安培免疫分析的理論可行性。3.基于金標(biāo)銅染、原電池置換反應(yīng)(GRR)和陰極預(yù)富集銅增強(qiáng)的原位陽(yáng)極溶出伏安分析,建立了一種超敏的MLAI新方法。二抗上標(biāo)記的Au NPs可催化Cu SO4和抗壞血酸(AA)的化學(xué)反應(yīng),從而使銅沉積到Au NPs上。然后,將金標(biāo)銀染和GRRs反應(yīng)交替進(jìn)行以增大銅量,并基于銅的同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集和免疫電極上微升滴溶液中的原位ASV檢測(cè),得到多重放大的信號(hào)用于抗原的定量分析。循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗譜、石英晶體微天平和掃描電子顯微鏡用于膜表征和/或過程監(jiān)測(cè)。優(yōu)化條件下,實(shí)現(xiàn)了Ig G和人糖類抗原125(CA125)的超敏分析。Ig G檢測(cè)下限為0.3 fg m L-1(相當(dāng)于所用6μL樣品中的7個(gè)分子),CA125為1.3 n U m L-1。用于實(shí)際血樣分析,結(jié)果滿意。4.研究了一種高敏的金屬標(biāo)記安培免疫/適體分析方法,即同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集Cd S量子點(diǎn)(QDs)標(biāo)記物,再在生物電極上進(jìn)行原位ASV直接檢測(cè)。在空氣中預(yù)先施加陰極電位以及滴加微升級(jí)體積的酸溶液,使擴(kuò)散層最薄,以盡可能多地將金屬標(biāo)記物捕獲到生物電極表面,最終得到增強(qiáng)的ASV信號(hào)。該法用于三明治免疫分析和基于適體的生物分析,對(duì)人免疫球蛋白G(Ig G)的LOD為4.5 fg m L-1,人癌胚抗原(CEA)為3.0 fg m L-1,人甲胎蛋白(AFP)為4.9 fg m L-1,凝血酶為0.9 f M�；诒痉�,實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)絲網(wǎng)印刷碳電極(SPCEs)上CEA和AFP的同時(shí)高敏免疫分析。5.基于酶促原位形成半導(dǎo)體Cd S量子點(diǎn)(QD),同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集Cd S QDs金屬標(biāo)記物,再在免疫電極上進(jìn)行原位ASV直接檢測(cè),建立了一種超敏的金屬標(biāo)記的夾心型安培免疫分析新方法。采用堿性磷酸酶(ALP)和金納米框標(biāo)記二抗(Ab2-ALP-Au NFs),催化抗壞血酸磷酸鹽(AAP)水解得到抗壞血酸和游離的磷酸根離子(PO43-),在此溶液中加入Cd2+和S2-離子能原位生成穩(wěn)定的Cd S量子點(diǎn)。通過目標(biāo)抗原與ALP-Au NFs標(biāo)記的二抗的特異性相互作用生成Cd S量子點(diǎn),進(jìn)行了抗原的定量分析。Au NFs可增加酶負(fù)載量和保持酶高活性而放大信號(hào)。通過在空氣中預(yù)先進(jìn)行“電位控制”,滴加7μL 0.1 M HNO3溶液同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集Cd S QDs標(biāo)記物,再在生物電極上進(jìn)行原位ASV直接檢測(cè)。優(yōu)化條件下,該法對(duì)人免疫球蛋白G(Ig G)的LOD為0.6 fg m L-1,心肌肌鈣蛋白I(c Tn I)為0.7 fg m L-1(相當(dāng)于所用的6μL樣品中的110個(gè)c Tn I分子)。跟可比條件下的量子點(diǎn)熒光免疫實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,電化學(xué)法所得Ig G的LOD低了約3個(gè)數(shù)量級(jí)。6.基于b-環(huán)糊精和石墨烯薄片(CD-GS)修飾的玻碳電極上的夾心型免疫結(jié)構(gòu)、氧化鋅納米晶體與多壁碳納米管(Zn O-MWCNTs)標(biāo)記的二抗、外加硝酸鎘和硫代乙酰胺反應(yīng)液中Cd S納米晶體在Zn O表面的選擇性生長(zhǎng)、以及免疫電極上的同時(shí)化學(xué)溶解/陰極富集Cd和原位微升滴陽(yáng)極溶出伏安法,建立了MLAI新方法,實(shí)現(xiàn)了Ig G和心型脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)的超敏分析。
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【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O657.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 葉敏;張友玉;楊琴;張雨琴;譚平;姚守拙;;半胱胺修飾的CdS納米粒子熒光猝滅法測(cè)定錳離子[J];應(yīng)用化學(xué);2008年05期

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本文編號(hào)：2320759