基于核酸放大及共反應(yīng)放大策略構(gòu)建的電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器的研究.pdf

1、電致化學(xué)發(fā)光（ECL）生物傳感器是一類(lèi)以生物分子如核酸分子、適體、抗體等為分子識(shí)別元件，結(jié)合ECL技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物檢測(cè)的傳感器。ECL生物傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于疾病相關(guān)核酸分子、蛋白質(zhì)、功能小分子等的檢測(cè)。通常，向ECL體系中引入共反應(yīng)試劑可顯著增強(qiáng)ECL信號(hào)強(qiáng)度，從而提高ECL生物傳感器的檢測(cè)靈敏度。然而，一些共反應(yīng)試劑不穩(wěn)定且難以標(biāo)記，從而增加了固載難度。同時(shí)，其與發(fā)光體相互作用

2、時(shí)，電子傳輸距離長(zhǎng)、能量損失大。鑒于此，本論文主要從提高發(fā)光體和共反應(yīng)試劑之間的相互作用效率著手，通過(guò)合成自增強(qiáng)型ECL試劑和引入新型共反應(yīng)促進(jìn)劑放大策略，并結(jié)合核酸擴(kuò)增技術(shù)以及多種納米復(fù)合材料，構(gòu)建了多個(gè)ECL生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了多種生物分子如microRNAs、蛋白等的高靈敏檢測(cè)。本論文主要的研究工作如下：
　　1.基于目標(biāo)物催化發(fā)夾組裝和分子內(nèi)/分子間共反應(yīng)信號(hào)放大策略構(gòu)建的 ECL生物傳感器研究
　　目前，將電致化學(xué)發(fā)

3、光技術(shù)和核酸擴(kuò)增技術(shù)結(jié)合起來(lái)用于 microRNAs（miRNAs）的檢測(cè)日漸成熟。然而，大多數(shù)的核酸擴(kuò)增技術(shù)都依賴(lài)酶的參與，因此會(huì)受到一些不利因素，如操作步驟繁瑣、操作條件苛刻和測(cè)試成本較高等的制約。目標(biāo)物催化發(fā)夾組裝（T-CHA）技術(shù)能在無(wú)酶的條件下實(shí)現(xiàn)，其不僅具有靈敏度高、分析時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而且還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的循環(huán)擴(kuò)增。另外，在構(gòu)建ECL生物傳感器過(guò)程中，引入合適的共反應(yīng)試劑，同時(shí)有效的提高共反應(yīng)試劑和發(fā)光體的作用效

4、率尤為重要。通過(guò)共價(jià)交聯(lián)作用，將共反應(yīng)試劑和發(fā)光體合成為一個(gè)分子，制得自增強(qiáng)型釕復(fù)合物發(fā)光試劑（PEI-Ru(II)），縮短了發(fā)光體 Ru(II)與共反應(yīng)試劑聚乙烯亞胺（PEI）之間電子傳輸距離，減少了 Ru(II)與PEI作用中能量的損失，提高了發(fā)光體與共反應(yīng)試劑的作用效率，進(jìn)而獲得更強(qiáng)且穩(wěn)定的ECL信號(hào)。本研究首次將新型的共反應(yīng)試劑氨基硫脲（TSC）引入PEI-Ru(II)自增強(qiáng)發(fā)光體系中，實(shí)現(xiàn)了分子內(nèi)/分子間雙重共反應(yīng)放大，進(jìn)一步

5、結(jié)合無(wú)酶T-CHA構(gòu)建了生物傳感器來(lái)高靈敏的檢測(cè) miR-21，其檢測(cè)范圍為1.0×10-16 mol/L到1.0×10-11 mol/L，檢測(cè)限低至30 amol/L。
　　2.基于苝衍生物作為新型共反應(yīng)促進(jìn)劑信號(hào)放大構(gòu)建的ECL生物傳感器研究
　　量子點(diǎn)（QDs）具有尺寸和發(fā)射波長(zhǎng)可控、發(fā)光產(chǎn)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，其作為ECL試劑已被廣泛用于生物標(biāo)志物的分析中。值得注意的是，QDs的固載是固態(tài)ECL生物傳感器構(gòu)建過(guò)程

6、中的關(guān)鍵步驟。石墨烯憑借優(yōu)良的導(dǎo)電性和大的比表面積等優(yōu)勢(shì)，可作為 QDs理想的固載基質(zhì)。同時(shí)，過(guò)硫酸根（S2O82 ）作為QDs最常用的共反應(yīng)試劑使QDs產(chǎn)生高效穩(wěn)定的ECL信號(hào)，但是由于其難以固載，使其應(yīng)用受到了一定的限制。本研究在S2O82 /QDs體系中引入共反應(yīng)促進(jìn)劑解決了這一難題。其中，L-賴(lài)氨酸功能化的苝四甲酸的復(fù)合物（PTC-Lys）作為一種新型的苝衍生物，能夠促進(jìn)S2O82 產(chǎn)生更多的強(qiáng)氧化劑中間體SO4 ，從而增強(qiáng)Q

7、Ds的ECL信號(hào)?；赑TC-Lys作為新型的共反應(yīng)促進(jìn)劑構(gòu)建了高靈敏的適體傳感器用于檢測(cè)凝血酶（TB），檢測(cè)范圍為1.0×10-16 mol/L~1.0×10-8 mol/L，檢測(cè)限為34 amol/L。
　　3.基于金屬有機(jī)骨架材料/量子點(diǎn)復(fù)合材料作為多功能信號(hào)探針構(gòu)建的ECL生物傳感器研究
　　金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）一般是以金屬離子為連接點(diǎn)，有機(jī)配體為支撐構(gòu)筑的3D空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，具有比表面積大、孔尺寸和孔形狀

8、可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為理想的固載材料。本研究為了固載更多的發(fā)光試劑CdTe QDs，同時(shí)采用了“內(nèi)腔填充”、“內(nèi)表面修飾”以及“外表面修飾”方法制得異格金屬有機(jī)骨架材料-3（IRMOF-3）內(nèi)外表面均修飾有CdTe QDs的復(fù)合材料CdTe@IRMOF-3/CdTe QDs。值得注意的是，IRMOF-3不僅可作為CdTe QDs的固載基質(zhì)，而且能促進(jìn)S2O82 產(chǎn)生更多的強(qiáng)氧化劑中間體SO4 發(fā)射更強(qiáng)的ECL信號(hào)，即起到了共反應(yīng)促進(jìn)劑的