基于金属有机骨架结构的电化学发光传感器构建及应用

发布时间：2020-05-10 14:09

【摘要】：金属有机骨架(MOFs)因其多孔性及大的比表面积、结构和功能的多样性和富含不饱和金属位点被广泛关注与应用。通过改变化学成分实现功能调节,使得MOF有序的结晶孔结构中具有更多的活性位点及多通道性质,使分子更易扩散,目前被广泛应用于催化领域。电化学发光(ECL)是一种新型分析技术,其线性范围宽且背景低,又由于检测速度快、灵敏度高、成本低,成为体外诊断和检测的重要方法。纳米材料(如碳纳米管及金属纳米粒子等)具有高的比表面积及良好的导电性,在生物传感器中常被用来作为信号放大平台。利用鲁米诺还原的金银纳米粒子能够增强ECL发光,常用于生物分子的检测。本论文采用有机金属骨架增强电化学发光并通过免标记法构建传感器实现对蛋白的检测。本文制备了钴镍超薄MOF纳米片(Co/Ni MOF)和钴基十二面体MOF(ZIF-67)两种材料,分别与鲁米诺还原的银纳米粒子复合,利用其较高的电化学发光性能构建免标记传感器。通过ECL的信号变化来实现α-甲胎蛋白(AFP)及心肌肌钙蛋白I(cTnI)的快速检测。具体内容如下:(1)钴镍超薄MOF纳米片增强电化学发光并用于检测AFP本文合成了一种钴镍超薄MOF纳米片,将其与鲁米诺还原的Ag纳米粒子混合后检测电化学发光。比较了鲁米诺还原的Ag纳米粒子体系中钴镍MOF纳米片和溶液中含有对应浓度钴离子及镍离子的ECL,发现这种片层结构由于其大的比表面积,相比含钴镍离子的电化学发光有很大的提高。这很好地证明了该有机金属骨架对电化学发光的增强作用。通过构建无标记的免疫传感器,将该体系用于检测肿瘤标记物α-甲胎蛋白(AFP),发现其表现出良好的选择性、稳定性和重现性。这表明MOF结构能够很好地应用在电化学发光领域并具有广阔的应用前景。(2)钴基MOF增强电化学发光并用于检测cTnI在本实验的设计中,选用一种富含Co~(2+)的金属有机骨架(ZIF-67),将其作为纳米载体复合鲁米诺还原的Ag纳米粒子形成鲁米诺-AgNPs@ZIF-67。通过TEM、SEM、XPS等表征证明鲁米诺-AgNPs成功负载在ZIF-67表面。这种复合物相比单独的鲁米诺-AgNPs体系发光强度提高了两个数量级,表现出较高的ECL性能。通过对比形貌相似的含锌基MOF(ZIF-8),发现Co离子和MOF的中空骨架结构协同增强了ECL。将鲁米诺-AgNPs@ZIF-67纳米复合材料通过抗原抗体特异性结合构建无标记的自组装免疫传感器检测心肌梗死的主要标志物心肌肌钙蛋白I,具体研究了传感方法的机制、选择性、灵敏度、稳定性以及重复性,发现该体系具有良好的应用前景。这种MOF与鲁米诺-AgNPs体系结合的电化学发光策略将可以扩展用于检测其他生物标志物。
【图文】：

图 1-1 鲁米诺电化学发光原理图1.3.3 鲁米诺电化学发光的应用近年来，有很多关于合成鲁米诺与功能材料整合成纳米复合材料用于电化学发光的报道。有课题组合成了鲁米诺-氮掺杂石墨烯量子点（鲁米诺-NGQDs）纳米复合材料，利用鲁米诺作为供体，氮掺杂石墨烯量子点作为受体，在复合物中发生电化学发光-能量共振转移的过程。这种电化学发光-能量共振转移效应使得鲁米诺-NGQDs 纳米复合材料产生了一种没有共反应物的阳极 ECL 信号[28]；还有工作报道了石墨烯修饰在电极上的鲁米诺阴极 ECL 行为，，基于功能化石墨烯和酶抗体复合的金纳米棒作为传感器平台得到的强而稳定的 ECL 信号构建了夹心型免疫传感器，用于癌症生物标志物的敏感电化学发光检测[29]；有实验中将鲁米诺掺杂的 SiO2纳米颗粒固定在电极表面，基于其对鲁米诺电化学发光的增强作用构建了电化学发光传感器用于测定联苯三酚；或将鲁米诺掺杂的SiO2纳米粒子作为 ECL 标记物修饰在电极表面用于探测单链 DNA（ssDNA）

用于AFP检测的无标记免疫传感器构建示意图
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;O657

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本文编号：2657425