金属负载型纳米材料在电化学生物传感器中的应用研究

发布时间：2020-06-05 03:48

【摘要】：目前,肿瘤标志物被应用于很多恶性肿瘤的辅助诊断,因此,实现肿瘤标志物的灵敏检测对癌症的早期诊断具有十分重要的意义。电化学生物传感器因具有制备方法简单、分析速度快、灵敏度高、成本低廉等优点,被越来越多的研究者应用于肿瘤标志物的检测中。本论文利用不同的方法制备了一系列具有优越电化学活性的金属负载型纳米材料,将这些纳米材料用于构建电化学生物传感器实现对肿瘤标志物的定量检测。金属纳米材料具有良好的生物相容性,有助于保持生物分子的生物活性,并且具有优异的催化性能和导电性质可以有效促进电化学体系的电子传递,放大电化学信号,将此纳米材料负载在纳米碳材料、金属氧化物及其他具有电化学活性的物质上,有效地改善了传感器的分析性能。本论文主要从以下方面开展研究工作:第一部分,以电沉积的金为基底材料,钯银异二聚体负载的氨基化多壁碳纳米管(Pd-Ag HDs@MWCNTs-NH_2)作为二抗标记材料构建了夹心型电化学生物传感器实现了对前列腺特异性抗原(PSA)的灵敏检测。采用硫离子辅助合成的方法在Pd纳米八面体上过量生长了Ag纳米粒子,所组成的Pd-Ag异二聚体不仅对过氧化氢(H_2O_2)的还原具有很好的催化活性,而且可以有效地增加抗体的结合数量。氨基化多壁碳纳米管具有较大的比表面积,优越的导电性以及很好的亲水性,以此作为Pd-Ag HDs的支撑,可有效地减轻纳米粒子的团聚,在提高传感器分析性能方面发挥了重要作用。所构建的传感器对PSA的检测范围在0.1 pg/mL到30 ng/mL,检出限为0.03 pg/mL,并且在实际样品分析中表现出良好的性能。第二部分,以巯基功能化的石墨烯负载金纳米粒子(Au@MPTES-GS)作为基底材料来捕获一抗,又以铂纳米粒子负载的四氧化三钴-石墨烯(Pt NPs/Co_3O_4/graphene)作为二抗标记材料构建了夹心型免疫传感器实现了对甲胎蛋白(AFP)的定量检测。由于Co_3O_4的存在,可以有效地阻止石墨烯片层间的团聚,促进形成了电子传递网络,有助于传感器的电子传递,而且Co_3O_4本身具有显著的过氧化物酶活性,负载上铂纳米粒子后,明显增强了催化活性和生物相容性,在此信号放大策略下,传感器对AFP的检测范围为0.1 pg/mL至60 ng/mL,检出限为0.029 pg/mL,而且具有很好的选择性、重现性和实际应用价值。第三部分,利用水热法合成了四氧化三铁磁性纳米微球,将其氨基功能化后,提高了亲和能力,有利于锆铁氰化物利用静电作用吸附在表面上,磁性纳米微球本身较大的比表面积可以增加锆铁氰化物的吸附量,锆铁氰化物用作电子媒介体,产生电化学信号,且具有很好的催化H_2O_2还原的能力。为增强电化学信号和提高抗体的负载量,在其表面负载了金纳米粒子,以该纳米复合材料为信号放大平台构建了无标记型电化学免疫传感器实现了对癌胚抗原(CEA)的定量测定,得到检出限为0.15 pg/mL,线性范围为0.5 pg/mL-50 ng/mL。第四部分,利用简单的化学方法制备了不规则块状Cu_2O@Co_3O_4纳米材料,又以形貌控制的方法制备了绒球状Pd@Pt纳米颗粒,两者通过化学键结合后,因具有较大的比表面积、良好的生物相容性以及各组分之间的协同作用表现出对H_2O_2优异的催化活性,以此材料为二抗标记材料实现了传感器的多重信号放大,完成了对PSA的超灵敏检测,检测线性范围为0.01 pg/mL到100 ng/mL,检出限达到2.0 fg/mL,并且具有很好的选择性和检测稳定性,具有潜在的实际应用价值。
【图文】：

电化学生物传感器,工作原理

1.1.1 电化学生物传感器概述在科学技术和人类生活水平迅速发展的今天，生命科学成为基础自然科学在全球范围内最受关注的一部分。生物分子的分析检测对生命机理的阐述和相关疾病的诊断治疗具有非常重要的理论研究和应用意义[1]。生物传感器在 20 世纪 60 年代应运而生，它是将化学、生物、医学、物理电子技术等学科融合起来的一种新装置。一般而言，生物传感器由两个重要的部分组成：生物识别元件和信号转换器。生物识别元件具有特异性识别目标物质的功能，一般为抗体、核酸、细胞、组织及微生物等[2]。信号转换器有效地将这种特异性识别作用转换为其它信号以方便检测，这些信号包括光信号、热信号及电化学信号等。其中，电化学生物传感器以电化学分析方法为支撑，因灵敏度高、稳定性强，选择性好，简单制备等优点，在生物分析领域发展迅速[3]。1.1.2 电化学生物传感器的工作原理

示意图,电化学生物传感器,示意图

金属负载型纳米材料在电化学生物传感器中的应用研究性结合，避免了基底对抗原的直接吸附。然后，，将洗涤后的电极滴加 6 μL 不同浓度的PSA 并在 4 oC 下孵育 1 小时，洗涤以除去没有与一抗结合的 PSA。最后，将 6 μL 的 Pd-AHDs@MWCNTs -NH2/Ab2(2 mg/mL)滴加到电极表面上，在 4 oC 下孵育 1 小时，将所得电极彻底洗涤，使用前储存于 4 oC 冰箱中。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212.3

【参考文献】