基于金属纳米材料和DNA放大技术构建电化学发光传感器

发布时间：2020-08-03 06:56

【摘要】：目前,在世界范围内仍有许多恶性疾病在威胁着人类的生命,有的甚至会发展成癌症。准确检测不同肿瘤标志物对癌症的治疗非常重要。小分子microRNA(miRNA)作为一类内源性非编码RNA参与机体的许多功能,有望成为一种最新的生物学标志物;细胞内的过氧化氢参与调节多种生物学过程,也是一种新兴的生物学标志物。灵敏地检测生物标志物,为防治人类疾病提供一种有前景的手段。生物传感器具有良好的生物相容性,已经被广泛地用来检测各种生物标志物。金属纳米材料有机地结合了金属材料和纳米材料的优良特性,合理利用其催化性能或者光学性能等以检测癌症标志物,将会在预防癌症方面产生良好的效果。DNA信号放大技术以其反应条件简单温和、信号放大效率高而备受关注。因此,将不同功能的金属纳米材料与有效的光信号放大技术引入生物传感器以检测生物标志物对于研究细胞生物学和病理学都具有重要意义。本论文分为以下几部分:(1)对DNA信号放大技术进行初步研究,设计了一种环保地、灵敏地检测miRNA的方法。利用水热法制备联吡啶钌功能化的金属有机框架材料,加入少量的汞离子后材料的框架裂解,大量的发光离子联吡啶钌从材料框架内释放,产生强烈的电化学发光(Electrochemicalluminescence,ECL)信号。目标miRNA的加入使两个发卡探针之间发生杂交链反应,并在传感表面形成长链DNA。利用上述原理构建一种ECL传感器将目标物的检测定量,从而灵敏地检测miRNA。(2)将金属纳米材料与低成本的纸微流控技术相结合,设计并构建了一种灵敏检测细胞内过氧化氢的ECL细胞传感器。将金属纳米材料的ECL性能与信号放大性能和二茂铁对发光团的信号抑制作用结合在了一个实验体系内。将金纳米粒子负载到联吡啶钌@二氧化硅上,得到光信号更强的金属纳米复合材料。继续往体系中加入DNA链修饰的二茂铁分子,二茂铁分子抑制发光探针的信号,使“信号关闭”。工作区域的金钯纳米粒子对加入的细胞内过氧化氢有催化效果使其产生羟基自由基,进一步断裂DNA链,二茂铁分子离开体系,使“信号开启”。利用上述机理可以灵敏地检测细胞及细胞内的过氧化氢。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TB383.1
【图文】：

示意图,氢气传感器,堆积结构,纳米

将会在不同的领域发挥更广泛的作用。金属纳米材料在催化、传感等方面的应用迄今为止，金属纳米技术的重大进步为新型设备的开发提供了许多机会，比如池、超级电容器、执行器、载体和传感器等[39-41]。金属纳米材料的主要应用如（1）催化金属纳米结构以其比表面积大、表面活性中心多的优良特性在电催化和多相催研究领域具有广阔的发展前景[42-44]。金属纳米结构特别是贵金属纳米材料，如对各种电催化反应均表现出优异的催化性能[45-47]。铂黑在甲酸燃料电池中作为的催化剂，基于铂的金属纳米结构以其优异的抗毒能力也成为甲酸氧化反应的剂[48-50]。

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图 1.2 生物传感器的结构图962 年，Clark 和 Lyons 发表了首个生物传感器的概念，并演示了如何使用作为选择性传感器来检测酶的反应[88]。1967 年，Hicks 和 Updick 成功研物传感器，该传感器利用聚丙烯酰胺膜固定葡萄糖氧化酶修饰电极并成功这宣告着第一代传感器的诞生[89]。随着纳米材料、半导体材料科学的进步

生物传感器,工作原理图

济南大学硕士学位论文1.3.1 生物传感器的应用如图 1.4 所示，根据生物传感器中分子识别元件种类不同，生物传感器可分为：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器和免疫传感器，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。根据生物传感器的换能器不同，生物传感器可分为：生物电极传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类则有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生物传感器。

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