金屬納米材料和功能化的碳納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料由于具有特異的光、電、磁、催化等性能，近年來受到人們極大的關(guān)注。隨著納米科技的發(fā)展，納米材料的制備方法已日趨成熟，各種納米材料及其復(fù)合產(chǎn)物在生物傳感器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器是一種將電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)與生物分析方法相結(jié)合而構(gòu)建的一種新型生物傳感器。本文結(jié)合新型的信號放大技術(shù)，利用納米鉑、納米金、納米金/聚多巴胺包裹的多壁碳納米管、二氧化錳與石墨烯形成的復(fù)合物等納米材料，構(gòu)建了一系列性能優(yōu)良的夾心免疫傳感器。并應(yīng)

2、用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外-可見分光光度計、電化學(xué)分析技術(shù)等對電極的制備過程，優(yōu)化過程和性能進行了表征，主要研究內(nèi)容如下:
　　1、聯(lián)吡啶釕與小粒徑的納米鉑形成的新型電致化學(xué)發(fā)光納米復(fù)合物在電致化學(xué)發(fā)光免疫傳感器構(gòu)建中的應(yīng)用該論文利用小粒徑的納米鉑(PtNPs)與聯(lián)吡啶釕(Ru(bpy)32+)合成了一種新型電致化學(xué)發(fā)光(ECL)納米復(fù)合物，合成的Ru-PtNPs納米復(fù)合物ECL信號

3、強，穩(wěn)定性好，因此可應(yīng)用于免疫傳感器的構(gòu)建。組氨酸是一種具有咪唑環(huán)的氨基酸，可以作為Ru(bpy)32+的共反應(yīng)試劑放大其ECL信號。據(jù)我們所知，這是首次將組氨酸作為共反應(yīng)試劑用于放大Ru(bpy)32+的ECL信號。本實驗采用噻吩丙二酸(TA)還原氯鉑酸從而制得小粒徑的PtNPs，制得的PtNPs可以大量的固載Ru(bpy)32+，因此該方法合成的鉑釕復(fù)合物(Ru-PtNPs)具有極強的ECL強度。免疫傳感器的基底由Ru-PtNPs的

4、納米復(fù)合物構(gòu)成，當癌胚抗原(CEA)的抗原存在時，固定于基底的一抗抗體與納米金(AuNPs)上的二抗抗體就連接成了夾心免疫復(fù)合物。同時固定于AuNPs上的輔助鏈Ⅰ在組氨酸標記的輔助鏈Ⅱ與輔助鏈Ⅰ之間引發(fā)一系列的DNA雜交反應(yīng)，形成的DNA互補鏈含有大量的標記有組氨酸的輔助鏈Ⅱ，因此，可以有效的促進Ru(bpy)32+的ECL信號。所以該傳感器的靈敏度得到了極大的提升，對CEA的檢測具有較好的ECL響應(yīng)，線性范圍1.0×10-4～100n

5、g/mL，最低檢測限為33.3fg/mL（S/N=3）。利用該方法合成的Ru-PtNPs納米復(fù)合物ECL信號強，穩(wěn)定性好，在ECL傳感器領(lǐng)域有極大的應(yīng)用價值。
　　2、利用多巴胺自聚合并同時原位還原氯金酸形成新型的納米復(fù)合物用于電致化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的構(gòu)建該論文發(fā)展了一個通過多巴胺(DA)自聚合在多壁碳納米管(MWCNTs)表面并同時原位還原HAuCl4產(chǎn)生納米金（AuNPs），制得的納米復(fù)合物能夠大量的固載目標物質(zhì)同時有效的促進

6、電子傳遞，因此該材料在免疫傳感器中有廣闊的應(yīng)用前景。該傳感器將ECL發(fā)光試劑(Ru(dcbpy)32+)和共反應(yīng)試劑(Histidine)同時連接在同一超夾心DNA結(jié)構(gòu)中。這個策略在ECL信號放大方面更高效，因為它縮短了電子傳輸距離，提高了發(fā)光試劑的穩(wěn)定性并增加了發(fā)光試劑的發(fā)光效率。ECL基底（MWCNTs@PDA-AuNPs）利用DA的在自聚合時的還原性同時原位還原HAuCl4產(chǎn)生AuNPs在MWCNTs表面，一步法制得MWCNTs@

7、PDA-AuNPs，方法簡單，制得的MWCNTs@PDA-AuNPs比表面積大。然后，將制得的基底用于固載捕獲抗體。聚酰胺-胺型樹枝狀分子（PAMAM）連接抗體和超夾心結(jié)構(gòu)構(gòu)成超夾心二抗耦合物。PAMAM含有大量的仲胺和叔胺，不僅可以固載大量的抗體和超夾心結(jié)構(gòu)，而且可以極大的放大Ru(dcbpy)32+的ECL信號。超夾心DNA結(jié)構(gòu)含有大量的Ru(dcbpy)32+和Histidine，進一步放大了ECL信號。制得的超夾心免疫傳感器具有

8、很高的靈敏度，線性范圍1.0×10-5～40ng/mL，最低檢測限為4.2fg/mL(S/N=3)。該納米復(fù)合物的合成方法簡單，制得的納米復(fù)合物能夠大量的固載目標物質(zhì)同時有效的促進電子傳遞，有望應(yīng)用于其他納米復(fù)合的合成。
　　3、利用表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)固載電致化學(xué)發(fā)光試劑用于信號放大型適體傳感器的構(gòu)建該論文利用表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)（SI-ATRP）固載大量發(fā)光試劑，并采用二氧化錳與石墨烯的復(fù)合物(MnO2-G

9、O)直接猝滅發(fā)光試劑的電致化學(xué)發(fā)光(ECL)信號，將其應(yīng)用于信號放大型適體傳感器中。利用原位取代的方法將石墨烯部分結(jié)構(gòu)用高錳酸鉀氧化，同時高錳酸鉀被還原成MnO2。該方法操作簡單，合成的MnO2-GO作為一個有效的猝滅劑用于發(fā)光試劑Ru(dcbpy)32+的ECL的猝滅。采用SI-ATRP技術(shù)功能化多壁碳納米管(MWNTs)并選用甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA）為聚合反應(yīng)的功能單體。聚酰胺-胺型樹枝狀分子(PAMAM)包裹納米金（AuNP

10、s）形成的復(fù)合物連接發(fā)光試劑Ru(dcbpy)32+和聚GMA構(gòu)成傳感器的基底。制得的基底利用AuNPs連接上氨基修飾的輔助鏈Ⅰ(A1)，同時A1與CEA適體鏈又部分互補。MnO2-GO復(fù)合物又修飾上與CEA適體鏈部分互補的輔助鏈Ⅱ(A2)。通過CEA適體鏈與A1和A2的雜交互補，猝滅劑MnO2-GO復(fù)合物就連接在了基底上，于是ECL信號就被極大的減弱（off-state）。然而，當CEA存在時，仿三明治結(jié)構(gòu)被破壞，因為CEA會代替輔助