复合纳米粒子的制备及其在生物传感器中的应用研究

发布时间：2017-10-20 12:12

  本文关键词：复合纳米粒子的制备及其在生物传感器中的应用研究

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【摘要】：电化学生物传感器由于具有操作简单、灵敏度高、线性范围宽等优点,在临床医学和现代生命科学等方面有着广泛的运用前景,其中电化学葡萄糖传感器和电化学免疫传感器在疾病的早期诊断和早期治疗都表现出了非常优异的性能,从而受到广大传感器研究者的高度关注。电化学传感器的性能主要取决于载体材料,设计并合成出生物相容性好的载体材料成为电化学传感器研究的关键。本论文主要从界面材料的合成着手,致力于研究出活性高、生物相容性好的载体材料,并将其运用到构建电化学传感器中,期望获得稳定性好、灵敏度高、易微型化的电化学葡萄糖传感器和电化学免疫传感器。主要内容包括以下四个部分:第一部分,介绍了纳米材料的功能及其在生物传感器中的应用,并对生物传感器的概念、分类、工作原理等相关内容进行了详细的阐述。第二部分,采用氧化共沉淀法制备出具有超顺磁性的四氧化三铁粒子(Fe3O4NPs)并与聚乙烯亚胺(PEI)结合得到Fe3O4/PEI复合纳米粒子;再通过静电吸附作用结合纳米金(Au),获得了以四氧化三铁(Fe3O4)为核PEI为壳,且壳层修饰纳米金的复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Au。利用复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Au负载葡萄糖氧化酶(GOx),构建了电化学葡萄糖传感器。采用扫描电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV)等仪器设备,对复合纳米粒子的形貌和结构特征进行了表征,结合综合电化学分析仪对传感器的综合性能进行了测试。根据热重分析(TG)可知,PEI在Fe3O4 NPs表面的包覆量为23.31%。从电化学分析仪检测的结果可知,传感器的响应时间为0.5 s,灵敏度达60.87μA mM-1cm-2,线性范围为0~10 mM。第三部分,以磁性纳米粒子、聚乙烯亚胺(PEI)和金纳米为基底,制备出具有良好生物相容性的载体材料,并将其应用于葡萄糖传感器中。本章我们利用PEI含有的氨基(-NH2)与二茂铁衍生物(Fc)中的羧基(-COOH)进行席夫碱反应得到PEI/Fc复合物,并将其依次与磁性纳米粒子(Fe3O4)、金纳米(Au)进行结合,得到Fe3O4/PEI/Fc/Au复合纳米粒子。利用Fe3O4/PEI/Fc/Au复合纳米粒子负载GOx构建了电化学葡萄糖传感器。采用扫描电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV)等仪器设备,对复合纳米粒子的形貌和结构特征进行了表征,并利用综合电化学分析仪对传感器的综合性能进行了表征。实验结果表明,传感器的响应时间为0.3 s,灵敏度达62.71μA mM-1cm-2,线性范围为0.09 mM。第四部分,利用复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Fc/Au固载甲胎蛋白抗体(anti-AFP),并采用1%BSA作为封闭剂,得到Fe3O4/PEI/Fc/Au/anti-AFP/BSA复合纳米材料。最后再结合甲胎蛋白抗原(AFP),构建了特异性强、重现性好、稳定性好的电化学免疫传感器。采用了扫描电镜(SEM)、紫外分光光度计(UV)等仪器设备,对复合粒子的形貌和结构特征进行了一系列表征,并利用循环伏安法对免疫传感器的工作性能进行了表征。制备好的电化学免疫传感器保存20天后,其电流响应值标准偏差小于0.6%,说明传感器具备良好的稳定性。响应时间0.9 s,检测线为0.89 ng/mL。
【关键词】：生物传感器 金纳米粒子 葡萄糖传感器 二茂铁衍生物 免疫传感器
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 前言11-13
• 1.2 纳米材料应用于生物传感器13-16
• 1.2.1 催化功能13-15
• 1.2.2 吸附功能15
• 1.2.3 控制反应起止的功能15-16
• 1.3 酶传感器16-22
• 1.3.1 电化学酶传感器17
• 1.3.2 电化学酶传感器的原理17
• 1.3.3 酶催化的动力学过程17-18
• 1.3.4 电化学酶传感器的分类18-21
• 1.3.5 酶的负载方法21-22
• 1.4 免疫传感器22-26
• 1.4.1 电化学免疫传感器22
• 1.4.2 电化学免疫传感器的原理22-23
• 1.4.3 电化学免疫传感器的分类23-25
• 1.4.4 免疫分子的固定方法25-26
• 1.5 本论文的主要研究内容26-28
• 第2章 Fe_3O_4/PEI/Au复合纳米粒子的制备及其在含酶型葡萄糖传感器中的应用研究28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-33
• 2.2.1 试剂与仪器29-30
• 2.2.2 Fe_3O_4纳米粒子的制备30
• 2.2.3 Fe_3O_4-PEI纳米粒子的制备30-31
• 2.2.4 Fe_3O_4-PEI-Au纳米粒子的制备31
• 2.2.5 酶葡萄糖传感器的制备31-33
• 2.3 结果与讨论33-45
• 2.3.1 磁性复合纳米粒子的SEM33-34
• 2.3.2 磁滞回线34-35
• 2.3.3 热重分析35
• 2.3.4 紫外可见吸收35-36
• 2.3.5 葡萄糖传感器的电化学行为36-38
• 2.3.6 铁氰化钾溶液中的电化学行为38-40
• 2.3.7 酶葡萄糖传感器实验条件的优化40-42
• 2.3.8 传感器性能的测定42-44
• 2.3.9 传感器的选择性44-45
• 2.3.10 重现性和稳定性45
• 2.4 小结45-46
• 第3章 Fe_3O_4/PEI/Fc/Au复合纳米粒子构建的含酶型葡萄糖传感器的应用研究46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 实验部分46-50
• 3.2.1 实验试剂与仪器46-48
• 3.2.2 PEI-Fc复合纳米粒子的制备48
• 3.2.3 Fe_3O_4-PEI-Fc复合纳米粒子的制备48
• 3.2.4 Fe_3O_4-PEI-Fc-Au复合纳米粒子的制备48
• 3.2.5 酶葡萄糖传感器的制备48-50
• 3.3 结果与讨论50-61
• 3.3.1 复合纳米粒子的SEM表征50-51
• 3.3.2 热重分析51-52
• 3.3.3 紫外吸收光谱的测定52-53
• 3.3.4 电极的电化学行为53-54
• 3.3.5 电极在阻抗溶液中的电化学行为54-56
• 3.3.6 实验条件的优化56-59
• 3.3.7 酶葡萄糖传感器的性能59-60
• 3.3.8 酶葡萄糖传感器的选择性60-61
• 3.3.9 酶葡萄糖传感器的稳定性和重现性61
• 3.4 小结61-63
• 第4章 基于人工电子媒介体合成的复合纳米粒子在非标记型免疫传感器中的应用研究63-76
• 4.1 引言63-64
• 4.2 实验部分64-67
• 4.2.1 实验试剂及仪器64-65
• 4.2.2 PEI-Fc复合物的制备65
• 4.2.3 Fe_3O_4/PEI/Fc生物相容性复合纳米粒子的制备65-66
• 4.2.4 Fe_3O_4/PEI/Fc/Au磁性复合纳米粒子的制备66
• 4.2.5 免疫传感器的制备66-67
• 4.3 结果与讨论67-75
• 4.3.1 复合纳米粒子的SEM表征67
• 4.3.2 紫外吸收定量分析67-68
• 4.3.3 红外光谱检测68
• 4.3.4 电极的电化学行为68-70
• 4.3.5 浸泡时间的选择70-71
• 4.3.6 扫描速度的影响71
• 4.3.7 实验条件的优化71-74
• 4.3.8 Fe_3O_4/PEI/Fc/Au免疫传感器的性能74
• 4.3.9 Fe_3O_4/PEI/Fc/Au免疫传感器的选择性74-75
• 4.3.10 免疫传感器的重现性和稳定性75
• 4.3.11 免疫传感器的再生性能75
• 4.4 小结75-76
• 第5章 结论76-77
• 参考文献77-84
• 致谢84-85

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