CdS量子点基光电化学适配体生物传感器的构建

发布时间：2020-10-13 07:16

　　 光电化学检测技术具有灵敏性高、成本低、快速简便等特点,在生物分析、食品检测、临床诊断和环境保护等方面具有广阔的应用前景。而由于激发(光)和检测信号(电流)的不同,使得光电检测手段具有较低的背景信号,从而能够确保检测性能的灵敏性。适配体是一种高特异性识别作用的单链脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA),可以对金属离子、有机小分子、毒素、蛋白质,甚至整个细胞在内的目标物分子实现高亲和性、特异性的识别。并且可以通过简单的体外指数扩增技术(SELEX)得到,自1990年适配体被首次发现以来,其性能相较于传统的荧光探针生物识别技术具有明显的优势,所以在生物检测方面取得了显著的研究进展。2008年,赭曲霉毒素A(OTA)适配体首次被科学家发现,现已广泛应用于各种生物和食品分析检测中。然而鲜少有报道把OTA适配体作为生物识别元件应用到光电化学检测中。本论文的展开主要是以OTA适配体为识别元件,结合光电转换性能优良的硫化镉量子点,设计和构建多种光电化学传感策略,以达到特异性、高灵敏度检测OTA的目标。首先,基于半导体TiO_2纳米粒子良好的光催化性能、生物相容性、电子传输以及易获得等性能,以OTA适配体为生物识别元件,TiO_2/CdS半导体纳米材料为光电转换元件,构建了针对OTA的光电化学适配体生物传感器。具体地,通过滴涂TiO_2纳米材料的方式制得TiO_2/ITO电极,高温烧灼,获得锐钛矿晶型的TiO_2/ITO电极,浸入合成好的CdS溶液中以制得CdS/TiO_2/ITO电极,继而通过经典的EDC耦合作用将氨基修饰的OTA适配体链引入到电极表面,使用单乙醇胺封闭非特异性活性位点。当目标物发生生物识别反应,光电流会产生相应的变化,计算光电流的变化量,可以实现目标物的定量分析,通过对实验条件的优化,所构建的光电化学适配体生物传感器的检测范围为0.01-100 ng/mL,检出限为0.001 ng/mL。其次,我们利用CdS QDs与Au NPs之间的能量共振转移关系,构建了能量共振转移信号增强型光电化学适配体生物传感器,实现了OTA的分析检测。我们通过逐步静电组装技术先把CdS量子点(Quantum Dots,QDs)修饰于ITO电极表面,再通过经典的EDC耦合作用修饰探针DNA,利用DNA链杂化作用,将适配体修饰的Au NPs引入体系中,发生能量共振转移,光电流降低,加入不同浓度的OTA目标物,适配体链发生竞争反应,体系中Au NPs脱离,能量共振转移减弱,光电流恢复或增强,并且在一定浓度范围内,光电流的恢复量或增强量与OTA目标物浓度的对数值成一定关系,基于此,所构建的OTA适配体生物传感器的检测范围为0.05-20 ng/mL,检出限为0.017ng/mL。最后,我们将RGO/MoS_2纳米复合材料引入光电化学适配体生物传感体系中,合成了RGO/MoS_2/CdS纳米复合材料,利用其良好的电子传输性能和大比表面积的特点,构建了一种新颖的OTA光电化学适配体生物传感器。具体地,我们通过一步水热反应制备了高负载的RGO/MoS_2纳米复合材料,并在其表面进一步生长CdS QDs,最终获得RGO/MoS_2/CdS纳米复合材料,利用扫描电镜及透射电镜对其进行了表征。将RGO/MoS_2/CdS复合材料修滴涂于电极表面,自然干燥后,通过经典的EDC耦合反应将氨基修饰的OTA适配体组装到RGO/MoS_2/CdS电极表面,从而制得性能优良的OTA光电化学适配体生物传感器。不同浓度OTA目标物加入到体系中,发生生物识别反应,电极表面产生位阻效应,光电流降低,光电流降低量与目标物浓度的对数值成一定关系,通过计算实现了目标物的定量检测,检测线性范围为0.001-5 ng/mL,最低检出限为0.3 pg/mL。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.1;TP212.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 光电化学生物传感器
        1.1.1 光电化学生物传感器的基本原理
        1.1.2 以无机半导体材料为基础的光电化学生物传感器
    1.2 光电化学生物传感器的应用
        1.2.1 DNA分析
        1.2.2 免疫分析
        1.2.3 生物催化酶传感
        1.2.4 细胞相关分析
    1.3 光电化学生物传感器的发展现状及趋势
    1.4 本论文主要研究内容
2/CdS复合材料光电化学生物传感器的构建'>第2章 TiO₂/CdS复合材料光电化学生物传感器的构建
    2.1 引言
    2.2 实验材料与仪器
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验试剂
        2.2.3 实验仪器
    2.3 实验方法
        2.3.1 巯基乙酸修饰的硫化镉量子点的制备
        2.3.2 ITO电极的清洗及二氧化钛的修饰
2/ITO电极的制备'>        2.3.3 CdS/TiO₂/ITO电极的制备
2/ITO电极的制备'>        2.3.4 Aptamer-DNA/CdS/TiO₂/ITO电极的制备
2/ITO电极对OTA的光电响应'>        2.3.5 Aptamer-DNA/CdS/TiO₂/ITO电极对OTA的光电响应
        2.3.6 抗干扰实验
        2.3.7 实际样品分析与对照
        2.3.8 光电化学检测方法
    2.4 结果与讨论
2NPs和CdSQDs及其组装电极的表征'>        2.4.1 TiO₂NPs和CdSQDs及其组装电极的表征
        2.4.2 实验条件的优化
        2.4.3 光电检测性能
        2.4.4 光电分析检测小麦面粉OTA及液质对照
    2.5 本章小结
第3章 CdSQDs与AuNPs能量共振转移光电化学生物传感器的构建
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验试剂
        3.2.3 实验仪器
    3.3 实验方法
        3.3.1 巯基乙酸修饰的CdSQDs的制备
        3.3.2 Au NPs 的合成
        3.3.3 Au-Aptamer的制备
        3.3.4 电极的修饰
        3.3.5 对不同浓度OTA标准溶液的检测
        3.3.6 光电体系的抗干扰实验
        3.3.7 对实验样品的检测
        3.3.8 光电化学检测方法
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 性能表征
        3.4.2 性能优化
        3.4.3 光电检测性能
        3.4.5 光电分析检测红酒样OTA含量
    3.5 本章小结
2/CdS纳米复合材料光电化学适配体生物传感器的构建'>第4章 RGO/MoS₂/CdS纳米复合材料光电化学适配体生物传感器的构建
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验试剂
        4.2.3 实验仪器
    4.3 实验方法
2纳米复合物的合成'>        4.3.1 RGO/MoS₂纳米复合物的合成
2/CdS纳米复合物的合成'>        4.3.2 RGO/MoS₂/CdS纳米复合物的合成
        4.3.3 电极的修饰
        4.3.4 对不同浓度OTA标准溶液的检测
        4.3.5 抗干扰实验
        4.3.6 光电化学检测方法
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 形貌表征
        4.4.2 性能优化
        4.4.3 光电检测性能
    4.5 本章小节
结论
参考文献
附录
攻读硕士期间发表的学术论文目录
致谢
详细摘要

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 许涛;彭智辉;王泽峰;周佳琪;邓乐;;核酸适配体筛选技术研究进展[J];生物技术通讯;2018年01期

2 汪靖;王进;曾家豫;;核酸适配体结合蛋白质靶标的亲和力表征方法及其在疾病诊断中的应用[J];中国生物化学与分子生物学报;2018年04期

3 李亚楠;赵洁;张傲哲;谭琰;华茜;张子剑;;核酸适配体的体外筛选方法的最新研究进展[J];生物技术通报;2017年04期

4 胡涛;杨帆;杨秀荣;;双偏振极化干涉技术实时研究三磷酸腺苷与其适配体相互作用[J];分析化学;2017年07期

5 刘洪美;栾云霞;陆安祥;陈佳祎;李成;王纪华;;核酸适配体在小分子目标物快速检测中的应用[J];食品安全质量检测学报;2017年08期

6 陈尔凝;赵新颖;屈锋;;细菌的核酸适配体筛选的研究进展[J];色谱;2016年04期

7 ;中科大筛选出特异针对点突变蛋白的适配体[J];中国科学院院刊;2015年05期

8 ;中国科学技术大学筛选出特异针对点突变蛋白的适配体[J];中国材料进展;2015年Z1期

9 仲津漫;刘鸽;文娣娣;宦怡;任静;;前列腺癌适配体的研究进展及其应用[J];现代生物医学进展;2015年29期

10 董理权;吴小高;;构建辅助器具适配体系探讨[J];残疾人研究;2014年02期

相关博士学位论文 前10条

1 梁安怡;Vogt-小柳原田病的光学相干断层扫描血管造影研究[D];北京协和医学院;2018年

2 杜晓娇;农产品中微囊藻毒素检测用氮杂石墨烯基电化学适配体传感器的研究[D];江苏大学;2018年

3 应站明;遗传编码核糖核酸生物传感新方法研究[D];湖南大学;2018年

4 程莉娟;功能核酸控制沙门氏菌致病性的研究[D];湖南师范大学;2018年

5 朱泽策;金属配合物发光探针与核酸传感器的设计、合成及性能研究[D];武汉大学;2014年

6 李潮;基于适配体的微梁阵列生化传感技术研究[D];中国科学技术大学;2018年

7 王亚;基于核酸适配体及碳点的荧光分析方法构建及应用研究[D];华东师范大学;2018年

8 白琛俊;类CAR多价适配体的构建及其激活T淋巴细胞并靶向杀伤肺癌细胞的初步应用&H1N1甲型流感病毒特异性适配体的筛选与鉴定[D];军事科学院;2018年

9 李旭;消化系统肿瘤相关危险因素及适配体在其诊断及靶向治疗中的作用[D];吉林大学;2018年

10 黄玉坤;基于核酸适配体识别-时间分辨荧光纳米探针的生物毒素检测方法研究[D];江南大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 裴倩倩;基于等温信号放大的沙门氏菌电化学核酸适配体传感器研究[D];济南大学;2018年

2 栾倩;适用于食品中抗生素残留快速筛查的比色适配体传感器研究[D];宁波大学;2018年

3 孙元玲;石墨烯基磁性复合材料在化学发光适配体传感器中的应用[D];济南大学;2018年

4 朱彦策;基于RNA适配体检测体外酶促合成的c-di-GMP和cGAMP[D];河南农业大学;2018年

5 崔雪君;基于工具酶放大的抗生素核酸适配体传感器研究[D];济南大学;2018年

6 赵帅;基于核酸适配体的侧流层析试纸条法快速检测氯霉素残留[D];北京化工大学;2018年

7 欧阳生群;节球藻毒素-R适配体的筛选、鉴定以及初步应用[D];中国人民解放军海军军医大学;2018年

8 孙迎迎;基于鸟嘌呤猝灭荧光适配体传感器检测OTA[D];大连理工大学;2018年

9 周妍;适配体缓解FB1诱导的小鼠细胞凋亡和氧化损伤的机制研究[D];东北农业大学;2018年

10 景沛;RNA/Peptide双重适配体介导腺病毒/阿霉素肿瘤靶向递药系统的构建及其对前列腺癌的抑制作用研究[D];西南医科大学;2016年

本文编号：2838906