纳米功能界面的组装及其光电化学分析应用

发布时间：2020-07-09 19:00

【摘要】：光电化学技术是近年来迅速发展的一种检测手段,它很好的传承了传统电化学方法的优势。同时,与传统的光学检测相比,光电化学更简单化,更便宜,更易于小型化。激发(光)和检测(电)的不同形式的能量可以减少背景信号,从而提高其灵敏度。因此,科研工作者开始将光电化学技术与生物检测相结合,产生了光电化学(PEC)生物分析技术。光电化学生物分析技术引起各个领域的高度关注,越来越多的科研工作者从事该项研究。常见的PEC生物分析技术主要用于酶检测,免疫检测,DNA检测,生物小分子检测等。本文采用两种容易合成,光电性质稳定的光活性材料,通过采用不同的实验机理,采用不同的方式,构筑了固定型和分离型的PEC生物检测传感器,对葡萄糖,癌胚抗原(CEA),血管内皮生长因子(VEGF),碱性磷酸酶(ALP)进行有效,快速,灵敏检测。本文主要研究内容如下:1.葡萄糖氧化酶辅助的PEC免疫传感器本章节基于酶催化反应抑制激子捕获建立一种新型阴极PEC免疫测定策略。由于Cu~(2+)存在的情况下,PbS QDs表面上形成CuS的激子捕获中心,导致PbS QDs敏化的NiO的阴极光电流受到抑制。CEA作为代表抗原,构筑葡萄糖氧化酶(GOx)催化标记的免疫体系。GOx催化还原[Fe(CN)_6]~(3-)生成[Fe(CN)_6]~(4-),[Fe(CN)_6]~(4-)易与Cu~(2+)结合形成Cu_2[Fe(CN)_6](CuHCF)化合物,从而阻碍CuS的激子捕获中心的形成,实现对葡萄糖和CEA的灵敏检测。该用于检测CEA的PEC免疫传感器拥有高特异性。2.用于VEGF检测的PEC传感器本章节利用阿霉素(Dox)作为电子受体,接受来自PbS QDs的电子,导致PbS QDs阴极光电流增加,Dox的量越多,光电流越大,基于此,建立了一种简便,高效,快速检测VEGF的生物传感器。VEGF可以通过双链DNA(dsDNA)上特别的碱基识别位点连接到dsDNA上,Dox由于其自身特性也可以嵌入到dsDNA中,以此为桥梁,实现了固定在PbS QDs上的dsDNA中的Dox与PbS QDs之间的近距离的电子转移,以此建立对VEGF高灵敏的检测。3.分离式PEC免疫传感器本章节基于氧化还原化学反应调控碳点(CDs)表面状态的现象,开发一种新型的分离式免疫分析策略。由于KMnO_4氧化CDs表面的羟基,使得CDs敏化的TiO_2纳米粒子(NPs)电极的光电流受到抑制。经过抗坏血酸(AA)的还原作用使得作为电子供体的羟基再生,促进电子空穴分离,致使KMnO_4处理的电极的光电流可以恢复。以CEA作为模型分析物,以碱性磷酸盐(ALP)作为催化标记物,催化水解抗坏血酸2-磷酸酯(AAP)产生AA,以促进电极输出信号,实现对ALP和CEA的有效检测。这种氧化还原调控的PEC免疫检测策略将免疫反应与电极检测隔离(即分离型PEC检测),消除了检测过程中生物分子的潜在损害,与常规PEC相比,具有高通量、高灵敏度等优点。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;O657
【图文】：

免疫测定,葡萄糖氧化酶,磁珠,牛血清白蛋白

图 1-1 （A）使用葡萄糖氧化酶（GOx）标记的 AFB1-牛血清白蛋白（AFB1-BSA）共同修饰作为标记物，在 AFB1抗体偶联的磁珠（MB-mAb）上的磁性竞争性免疫测定，（B）MnO2-CQDs 中H2O2溶解 MnO2纳米片的光电流测量法。Fig.1-1 (A) Magnetic competitive immunoassay format on monoclonal anti-AFB1antibody-conjugated magnetic bead (MB-mAb) using glucose oxidase (GOx)-labeled AFB1-bovine serumalbumin (AFB1 BSA) conjugate as the tag, (B)H2O2-responsive dissolution of MnO2nanosheets fromMnO2-CQDs with photocurrent measurement.1.3 光电化学分析技术PEC 分析技术已成为可以灵敏检测多种生物、化学材料的优良检测手段，具有意义深远的临床价值和环境价值[17]。在这个基础上通过选择不同目标的识别元素，PEC 分析技术的主要检测物质可以分为以下几个方面：1.3.1 金属离子检测PEC 分析技术可以实现对一些金属离子的灵敏检测。目前我们所知的金属离子中有很多超过其毒性范围的金属离子被认定会损害人体健康，并对环境构成很大的威胁[18如 Pb[19]、Hg[20]、Cd[21]、Cr[22]、Cu[23]等离子，即使他们的浓度很低，但也被认定为是

传感器平台,光电流,原位生成,灵敏检测

8]，无标记模式[49]，指示剂参与模式[50]，标记模式[51]。在此基础上，可以借助 PE感器实现目标 DNA 的检测。Shi[52]等人提出一种耦合无机-有机纳米复合材料的增强型 PEC DNA 生物传性骨髓性白血病（CML，类型 b3a2）的短 DNA 序列被选作靶 DNA（tDNA）米片与 CdS 纳米晶体形成 ZnO/CdS 异质纳米结构并固定上发夹 DNA（hDNA极，以末端修饰 CdTe QDs/TCPP 的 DNA 为辅助 DNA（pDNA）。由于 tDNA 与的一段碱基序列互补配对，在存在核酸外切酶（λ-Exo）时，与 tDNA 互补形一段 DNA 会被消解，此时剩下的部分 hDNA 由于空间位阻减小，可以与 pDN对，其末端的 CdTe QDs/TCPP 靠近电极表面，敏化纳米复合材料，明显的扩围，增强光能的吸收强度，使光电流增加，进而实现对 tDNA 的灵敏检测。如图ei[53]等人设计了一种新型的基于原位生成电子的 PEC DNA 检测。在 ITO 电极装近红外 CdTe QDs，捕获 DNA 和 hemin 标记的 DNA 探针形成三螺旋分THMB）结构建立 PEC 平台，在 H2O2存在的情况下，根据 hemin 对 H2O2的响应电极原位生成O2，增加光电流。当引入目标DNA后，THMB结构被拆开并释放h得光电流减弱，通过电流的变化情况，以此构建对目标 DNA 的检测。

示意图,直接模式,示意图,竞争模式

第一章绪论基于抗原（Ag）和抗体（Ab）之间的特异性的亲。在免疫检测中，Ag 和 Ab 结合方式可将 PEC 检加入分析物，直接 Ag 和 Ab 特异性结合，并导致信定模式，即 Ag 直接固定在电极上，Ab1与 Ag 结合过酶底物与酶的作用引发信号变化来进行 PEC 检没有标记 Ag2共同竞争仅有有限位点且固定在电极用引发信号变化来进行 PEC 检测[69,70]；夹心模式，连，由于 Ag 含有两个及其以上活性位点可以跟 A酶修饰的 Ab2，通过酶与酶底物之间的反应影响信最常用使用夹心模式来进行免疫检测。

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