基于量子点电致化学发光及信号放大技术的生物传感分析研究

发布时间：2020-10-09 19:05

　　近年来,研究人员投入了大量的精力致力于构建高效的生物传感器以实现对多种肿瘤标志物的灵敏检测,设计了诸如结合表面增强拉曼光谱、电化学发光、荧光、电化学和光电化学等技术的生物传感器。其中,基于量子点的电化学发光生物传感分析因其灵敏度高、线性范围宽、背景信号低等优势引起了越来越多的研究兴趣。本文主要探究了基于量子点探针以及各种酶辅助的循环放大技术的电化学发光生物传感方法,实现了对miRNA,CEA以及ATP的高灵敏检测。本文主要从以下几个方面进行了研究:1.本工作设计了一种基于目标引发酶辅助循环放大反应和DNA walker技术的电致化学发光传感器,实现了对目标miRNA的高灵敏检测。当目标miRNA-21存在时,形成三叉DNA结构并引发酶辅助的多重循环放大反应,最终生成大量的trigger。由于trigger DNA与电极表面的blocking DNA杂交结合,释放出来DNA walker,并与电极上的量子点探针杂交结合,生成Nt.BbvCI的特异性识别剪切点。该过程中,剪切酶为DNA walker在电极上特定路径的运动提供了源源不断的动力。因此,一个DNA walker能自动剪切电极表面的多个量子点探针,引起放大的ECL信号变化。在10 fM到100 n M范围内,ECL信号变化值与miRNA-21浓度的对数具有较好的线性关系,检测限为1.5 fM。2.设计了一种基于酶循环放大技术和脱氧核酶驱动的DNA walker的电化学发光生物传感器,实现了对CEA的高灵敏检测。当目标CEA与适体结合后,在引物、模板用下形成三叉DNA结构,在酶的辅助作用下进行聚合剪切、循环放大反应,产生大量的Walker产物链,其中包含DNAzyme的特定序列。当DNA walker与电极表面的CdSe量子点信号探针杂交,利用Pb~(2+)离子辅助DNAzyme为动力,循环剪切DNA信号探针,引起量子点ECL信号的明显降低。在检测物浓度为1.0 fg/m L到100 ng/m L范围内,检测信号ECL的变化值与CEA的浓度的对数呈线性关系,检测限为0.21 fg/mL。3.设计了一种基于银纳米簇双重猝灭效应和多重循环放大技术的电化学发光生物传感器,实现了对ATP的超灵敏检测。当目标ATP与其适体结合后打开颈环,暴露的序列可以与模板DNA结合,在聚合酶和剪切酶的作用下实现多重循环放大反应,生成大量DNA产物链。同时,通过DNA模板原位合成了Ag NCs。通过循环产物DNA链将含有Ag NCs的DNA接到电极上,由于电极上CdS量子点与Ag NCs与之间的ECL能量转移以及Ag NCs对电极表面附近的共反应剂的消耗,实现了对电极上ECL信号的双重猝灭,在1.0 aM到1.0 pM的浓度变化范围之内ECL信号变化值与检测物浓度的对数值呈良好的线性关系,检测限为0.27 aM。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章前言
    1.1 电致化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)
        1.1.1 ECL发光原理
    1.2 常见的ECL发光中使用的量子点
        1.2.1 硫族化物量子点
        1.2.2 硅量子点
        1.2.3 碳材料的量子点
        1.2.4 掺杂量子点
    1.3 DNA行走装置
        1.3.1 单足行走装置
        1.3.2 双足行走装置
        1.3.3 多足行走装置
        1.3.4 其他新型的行走装置
    1.4 基于脱氧核酶(DNAzymes)的生物传感器和纳米装置
        1.4.1 脱氧核酶(DNAzymes)
        1.4.2 基于DNAzymes的生物传感器
            1.4.2.1 利用DNAzymes作为识别器件的生物传感器
            1.4.2.2 DNAzymes作为催化信号放大器来构建生物传感器
    1.5 等温扩增技术
        1.5.1 指数链置换放大(E-SDA)
            1.5.1.1 指数滚环放大(ERCA)
            1.5.1.2 指数放大反应(EXPAR)
        1.5.2 线性放大
            1.5.2.1 线性SDA
            1.5.2.2 线性RCA
            1.5.2.3 信号放大策略
第二章基于多重酶循环信号放大和WalkerDNA技术电化学发光检测miRNA的研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂和材料
        2.2.2 实验装置
        2.2.3 纳米金的制备
        2.2.4 巯基丙酸(MPA)修饰的CdSe量子点的制备
        2.2.5 DNA的预处理
        2.2.6 传感器的构建
        2.2.7 生物传感器的ECL检测
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 材料表征图
        2.3.2 基于多重酶循环信号放大和WalkerDNA技术电化学发光生物传感器检测miRNA的原理
        2.3.3 CdSeQDs的电致化学发光性能的表征
        2.3.4 聚丙烯酰胺凝胶电泳分析
        2.3.5 传感器构建过程的表征
        2.3.6 实验条件的优化
        2.3.7 基于酶辅助的循环放大和WalkerDNA的电致化学发光传感分析检测miRNAs研究
        2.3.8 基于酶辅助的循环放大和WalkerDNA的电致化学发光传感器的选择性研究
    2.4 本章小结
第三章基于脱氧核酶驱动的WalkerDNA和酶循环放大技术的电化学发光生物传感器检测CEA的研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂
        3.2.2 实验装置
        3.2.3 纳米金的制备
        3.2.4 CdSeQDs的制备
        3.2.5 试样及核酸的预处理
        3.2.6 传感器的组装
        3.2.7 电致化学发光信号的检测
        3.2.8 循环伏安法检测
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 材料的表征
        3.3.2 基于WalkerDNA和酶循环放大技术电化学发光检测CEA的原理
        3.3.3 电泳表征
        3.3.4 CdSeQDs的电化学发光性能
        3.3.5 基于酶驱动的walkerDNA和酶循环放大的ECL检测CEA的可行性研究
        3.3.6 电极的组装表征
        3.3.7 实验条件的优化
        3.3.8 基于目标触发酶辅助的循环放大技术和铅离子辅助的WalkerDNA技术的ECL传感对CEA的检测
        3.3.9 基于该ECL方法对CEA的选择性研究
    3.4 本章小结
第四章基于银纳米簇双重猝灭效应和多重循环放大技术的电化学发光生物传感器超灵敏检测ATP的研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂
        4.2.2 实验装置
        4.2.3 CdS量子点的制备
        4.2.4 寡核苷酸的预处理
        4.2.5 目标引发酶辅助循环放大反应
        4.2.6 银纳米簇的制备
        4.2.7 传感器的制备
        4.2.8 ECL信号的检测
        4.2.9 电化学信号检测
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 材料的表征
        4.3.2 实验原理
        4.3.3 电泳图
        4.3.4 材料的电化学发光性能
        4.3.5 ECL检测的可行性
        4.3.6 实验条件的优化
        4.3.7 不同浓度目标物的检测
        4.3.8 传感器的选择性研究
        4.3.9 与其他检测ATP方法的比较
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
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