基于3DGNEEs的无标记冈田酸电化学免疫传感分析

发布时间：2020-08-10 09:28

【摘要】：本文综述了海洋毒素电化学生物传感器、纳米阵列电极和化学修饰电极的研究现状及进展。通过CV电聚合法在常规尺寸金电极表面分别修饰聚吡咯(PPy)和聚硫堇(PTh),基于Au/PPy和Au/PTh构建了两种冈田酸(OA)免疫传感器,实现对OA的定量检测。采用模板法,经化学沉积-电沉积制备三维金纳米阵列电极(3DGNEEs),对其进行电化学和形貌表征,并以3DGNEEs/PTh为基底,构建了一种高灵敏度OA免疫传感器,实现对OA的定量检测。在金电极上电聚合修饰PPy,基于Au/PPy制备OA免疫传感器。优化免疫传感器组装过程中的PPy电聚合参数,戊二醛交联、抗体固定、BSA封闭等步骤实验参数,以及免疫反应时间等参数。用Au/PPy/GA/anti-OA/BSA免疫传感器以方波伏安法(SWV)对OA浓度进行检测,线性工作区间为1×10~(-10)~1×10~(-7) g/mL,检测限为2.69×10~(-11) g/mL(S/N=3)。在金电极上电聚合修饰PTh,基于Au/PTh构建OA免疫传感器,对OA浓度进行检测。优化免疫传感器组装过程中的PTh电聚合参数,戊二醛交联、抗体固定、BSA封闭等步骤实验参数,免疫反应时间,测试体系等参数。以电化学阻抗谱法(EIS)检测OA浓度时,建立合适的等效电路对阻抗谱进行拟合,工作区间为1×10~(-9)~1×10~(-7) g/mL,检测限为3.41×10~(-10) g/mL(S/N=3)。以方波伏安法(SWV)检测OA浓度时,工作区间为1×10~(-10)~1×10~(-7) g/mL,检测限为1.81×10~(-11) g/mL(S/N=3)。以聚碳酸酯滤膜为模板,经化学沉积-电沉积制备3DGNEEs,对电沉积实验参数进行优化。采用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线分析仪(EDX)对电极形貌和组成进行表征。分别采用氧化还原电量法、循环伏安法、电化学阻抗谱法计算电极的活性面积。基于3DGNEEs/PTh构建OA免疫传感器。以EIS法进行检测时,线性工作区间为5×10~(-12)~1×10~(-9) g/mL,检测限为2.65×10~(-12) g/mL(S/N=3)。以SWV法进行检测时,线性工作区间为1×10~(-12)~1×10~(-7) g/mL,检测限为3.20×10~(-15) g/mL(S/N=3)。相比基于常规尺寸金电极构建的OA免疫传感器,该传感器具有更低的检测限和更宽的工作区间。用该免疫传感器检测扇贝样品中的OA浓度,得OA检测的平均回收率为110.5%。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.1
【图文】：

等效电路图,阻抗测试,免疫传感器,等效电路

图 4-20 OA 免疫传感器阻抗测试的等效电路图 4-20 中，RL为溶液电阻，Qfilm和 Rfilm分别为 Au 电极表面 PTh 膜层与电关的常相位角原件和电荷传递电阻，Rct为 Au/PTh 电极外各修饰膜层（包括戊交联层、抗体固定层、BSA 封闭层）的电荷传递电阻，Zw为 Warburg 阻抗，电极表面各生物分子膜层与电容有关的常相位角原件。用这一等效电路对度测试的阻抗谱进行拟合，结果如图 4-21 所示，拟合方差为 10-4数量级。0 3000 6000 9000 12000 15000010002000300040005000Experimental resultsCalculation results'/ohmZZ'/ohm10-210-110010110210310410510603000600090001200015000Experiment resultsCalculation results|Z|/ohmFrequency/Hz0204060a) Nyquist 图 b) Bode 图

制作流程

5.1 3DGNEEs 电极的制备本文以孔径为 100 nm 的聚碳酸酯滤膜（PC 膜）为模板，制备 3DGNEEs，制备过程如图 5-1 所示，包括醇清洗、敏化、活化、化学镀、纯化、去金膜和电沉积等步骤。敏化过程是将还原性离子 Sn2+吸附到 PC 膜孔壁表面，为活化过程中银的沉积提供反应位点；敏化液成分为 0.025~0.028 mol/L SnCl2、0.05~0.08 mol/L CF3COOH，溶剂为体积比为 50:50 的甲醇水溶液，敏化时间为 40~50 min。活化过程中，Sn2+将 Ag+还原为单质银，作为化学镀金时氧化还原反应的催化剂，发生的反应见式（5-1）；活化液为 0.03 mol/L 的银氨溶液，活化时间为 5 min。化学镀金时，金会在 PC 膜的孔径内生长为金纳米线。纯化主要是为了去除化学沉积过程中残留的Sn 或 Ag 杂质，纯化采用 25%的 HNO3溶液。去金膜主要采用机械作用方法，使用透明胶带去除 PC 膜光亮面的表层金膜。电沉积是在去金膜后的纳米电极上恒电位电沉积一段时间，使二维纳米阵列电极生长为三维阵列电极。2+4+Sn +2Ag 2Ag +Sn (5-1

SEM图,沉积电位,纳米金,电极表面

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文条件有所减小。在-1.4 V 沉积电位下，制得的 3DGNEEs 电极表面可以看到一层肉眼可见较为明显的金膜，SEM 表征中发现电极表面出现较多的团状纳米金，无纳米线的生长；该电位下制得电极的还原峰值电流较-1.2 V 条件增大，但仍比-1.0 V条件的峰值电流小，这是由于电极表面大量团状纳米金的生长，使得部分 PC 膜惰性区域表面变为覆有金的活性区域，但团状纳米金使得电极的比表面积相比-1.0 V制得的纳米线阵列电极较小。结合 CV 和 SEM 表征结果，说明在-1.0 V 沉积电位下，有利于 2DGNEEs 表面金纳米线的生长，得到的 3DGNEEs 具有较大的比表面积，而在电位更负的条件下，电极表面会出现团状纳米金，使得电极的比表面积较小。所以选择恒电位法制备 3DGNEEs 的沉积电位为-1.0 V（vs. SSE）。

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