基于石墨烯纳米复合材料的增敏效应构建高灵敏电化学适体传感器的研究

发布时间：2017-03-22 19:03

  本文关键词：基于石墨烯纳米复合材料的增敏效应构建高灵敏电化学适体传感器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,具有独特的结构和性能,如大的比表面积,高导热性和优良的电子传递性质。将石墨烯与其他纳米材料复合,借助不同组分间的协同作用,可以拓展和增强石墨烯的电化学性能及生物兼容性。近年来,利用石墨烯纳米复合材料固定纳米生物探针(如酶、抗体、核酸适体)用于构建生物传感器已得到广泛的运用。核酸适体作为一种新型的纳米生物探针,因其具有诸多优于抗体的特点(如易体外合成、易标记、稳定性好),它的出现为生物分析方法和传感器的设计开辟了新思路。电化学检测技术因其具有选择性好、灵敏度高,以及快速、简单、测试费用低和易于微型化等优点而在适体传感器的发展中占有重要的地位。基于核酸适体的电化学传感器集成了适体和电化学传感两方面的优势成为近年来的研究热点,各种新颖的设计思路不断涌现。本文从利用新型石墨烯纳米复合材料作为组装核酸适体探针的活性界面,并用于构建信号放大的电化学生物适体传感器进行了研究和探索,主要研究内容如下： 1.基于空心CoPt合金纳米球修饰石墨烯构建的多重放大的电化学适体传感器用于高灵敏凝血酶的检测 该工作基于石墨烯和空心CoPt合金纳米球的放大技术构建了一种用于高灵敏检测凝血酶的电化学适体传感器。首先,采用一种高效的两步合成法合成高质量的空心CoPt合金纳米球负载的石墨烯(HCoPt-RGs),并将这一复合物用于共价键合氧化还原探针硫董(Thi),辣根过氧化物酶(HRP)以及标记凝血酶适体Ⅱ(Atp Ⅱ)作为检测探针,这样有利于提高电活性物质和生物分子的固载量。将CoPt复合物用壳聚糖交联后滴涂于玻碳电极表面,活化后可固定捕获探针适体Ⅰ(Atp Ⅰ),这样可大大降低非特异性吸附。形成夹心型的适体传感器后,由于辣根过氧化物酶和空心CoPt纳米球对H202的催化作用能放大硫董的电化学信号,传感器的检测信号得到了进一步放大,因而该传感器的检测灵敏度显著提高。该传感器对凝血酶的检测范围为1.0×10-12～5.0×10-8mo1·L-1,同时也获得相对较低的检测限3.4×10-13mo1·L-1。此外,该传感器具选择性好、重现性和稳定性优良,这表明该传感器有望应用于临床医学研究中。 2.基于功能化氧化石墨烯和纳米金层层组装的原位酶动力学银增强放大技术构建超灵敏凝血酶适体传感器 该工作运用纳米金及碱性磷酸酯酶的层层自组装技术放大酶促银增强信号,从而设计了一种高效的原位信号放大策略用于超灵敏检测凝血酶。羧基功能化的石墨烯(FGO)作为纳米金和碱性磷酸酯酶层层自组装的载体,通过多次组装形成FGO-(ALP-Au)n复合物,并将这一复合物用于标记凝血酶适体探针。适体夹心反应后,捕获到适体传感器表面的碱性磷酸酯酶能催化抗坏血酸-2磷酸酯(AAP)原位产生还原剂抗坏血酸,而抗坏血酸能将溶液中的Ag+还原成纳米Ag沉积在传感器表面,运用线性扫描伏安法可以检测沉积到电极表面的纳米Ag的电化学信号。此外,我们研究发现,用乙醇胺作为封闭剂能大大减少非特异吸附,背景信号也得到了有效的降低,因而能大大增强传感器的灵敏度。基于以上信号放大的优点,该传感器实现了对凝血酶的超灵敏检测,检测下限为2.7fmo1·L-1,比常规酶促电化学适体传感器的灵敏度提高了2-3个数量级。 3.基于绿色、原位、非模板法在氧化石墨烯上直接合成Pt@Ag纳米链及其在电化学生物传感器上的应用研究 该工作首次成功构建了一种基于绿色、原位、非模板法在氧化石墨烯上直接合成Pt@Ag纳米链及其在电化学生物传感器上的应用研究。功能化的氧化石墨烯作为诱导剂,诱导原位酶动力学合成Ag纳米链。这样做有很多优点,如无环境污染、合成条件温和、稳定性好及产量大等。此外,我们研究发现,将石墨烯上生长的Ag纳米链上通过电化学沉积的方法包裹上一层纳米Pt,可以使得Ag纳米链具有更多优异的性能,如良好的导电性、较大的比表面积和优异的电化学氧化还原活性。基于这一点,我们将这种直接利用Pt@Ag纳米链的氧化还原信号作为电子媒介体,构建一种免标记型的电化学生物传感器。该传感器用于高灵敏检测血小板生长因子,检测的线性范围在6pmo1·L-1～40nmo1·L-1之间,检测下限达到1.97pmo1·L-1,比常规用于检测血小板生长因子的适体传感器的灵敏度提高了3个数量级。
【关键词】：电化学适体传感器 石墨烯 凝血酶 血小板生长因子 纳米复合材料
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212;O657.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 适体传感器概述11-12
• 1.1.1 适体及适体生物传感器11-12
• 1.1.2 适体用于生物传感器的优势12
• 1.2 电化学适体传感器12-16
• 1.2.1 电化学适体传感器的原理12-13
• 1.2.2 电化学适体生物传感器的分类13
• 1.2.3 电化学适体生物传感器的研究进展13-16
• 1.3 纳米材料在电化学适体传感器领域的应用16-20
• 1.3.1 纳米材料16
• 1.3.2 纳米材料在电化学适体生物传感器中的应用16-17
• 1.3.3 石墨烯及石墨烯纳米复合材料17
• 1.3.4 石墨烯纳米复合材料在适体传感器中的研究进展17-20
• 1.4 适体传感器在其他方面的应用前景20
• 1.5 本文研究思路20-22
• 第二章 基于空心COPT合金纳米球修饰石墨烯构建的多重放大的电化学适体传感器用于高灵敏凝血酶的检测22-32
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-26
• 2.2.1 仪器和试剂23
• 2.2.2 空心CoPt合金纳米粒子修饰的石墨烯纳米复合材料的制备23-24
• 2.2.3 硫堇(Thi)功能化HCoPt-RGs标记适体探针(Apt Ⅱ)的合成24-25
• 2.2.4 夹心型电化学适体传感器的制备25
• 2.2.5 实验测定方法25-26
• 2.3 结果与讨论26-31
• 2.3.1 电极仿生界面组装过程的电化学特性26
• 2.3.2 实验条件的优化26-29
• 2.3.3 适体传感器的性能29-31
• 2.4 结论31-32
• 第三章 基于功能化氧化石墨烯和纳米金层层组装的原位酶动力学银增强放大技术构建超灵敏凝血酶适体传感器32-42
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-36
• 3.2.1 仪器与试剂33
• 3.2.2 ALP包裹的纳米金制备33-34
• 3.2.3 功能化氧化石墨烯(FGO)的制备34
• 3.2.4 FGO-(ALP-Au)n-TBAII生物耦合物的制备34
• 3.2.5 适体传感器的构建34-35
• 3.2.6 测定步骤和检测机理35-36
• 3.3 结果与讨论36-41
• 3.3.1 FGO-(ALP-Au)n纳米复合材料的表征36-37
• 3.3.2 传感器响应信号的增大及背景信号的减小37-38
• 3.3.3 适体传感器检测条件的优化38-39
• 3.3.4 适体传感器用于检测凝血酶时的响应性能39-40
• 3.3.5 适体传感器的其他性能40-41
• 3.4 结论41-42
• 第四章 基于绿色、原位、非模板法在氧化石墨烯上直接合成PT@AG纳米链及其在电化学生物传感器上的应用研究42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-45
• 4.2.1 仪器与试剂43
• 4.2.2 大量羧基功能化的还原石墨烯(CFG)的制备方法43-44
• 4.2.3 CFG表面合成纳米Pt包裹Ag纳米链(Pt@AgNCs)的制备44-45
• 4.2.4 Pt@AgNCs-CFG用于制备电化学适体传感器的方法45
• 4.3 结果与讨论45-51
• 4.3.1 AgNCs及the Pt@AgNCs的SEM表征45-47
• 4.3.2 AgNCs和Pt@AgNCs的循环伏安(CV)和X射线光电子能谱(XPS)表征47-48
• 4.3.3 适体传感器层层组装过程的电化学性质表征48-49
• 4.3.4 传感器的响应性能49-50
• 4.3.5 传感器的选择性和重现性50-51
• 4.3.6 传感器的初步应用51
• 4.4 结论51-52
• 参考文献52-58
• 作者部分相关论文题录58-59
• 致谢59

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 苏敬敬;董强;;丝氨酸蛋白酶调控酸敏感离子通道及上皮钠离子通道机制研究进展[J];神经损伤与功能重建;2009年02期

2 苏敬敬;董强;;酸敏感离子通道蛋白与组织型激肽释放酶相互作用的研究[J];神经损伤与功能重建;2009年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 沈登科;尖吻蝮蛇FIX/FX-bps的抗凝血和降血压活性机理及FIX/FX亲和纯化的研究[D];中国科学技术大学;2011年

2 党永强;基于生物分子/纳米材料的功能识别体系的构筑及相关机理研究[D];吉林大学;2012年

  本文关键词：基于石墨烯纳米复合材料的增敏效应构建高灵敏电化学适体传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：261986