金属纳米材料的制备及尿酸传感器的构建

发布时间：2020-09-28 18:03

　　本文主要以金属纳米材料为基质构建生物化学传感器,并用比色法对尿酸进行分析和检测。本文所述的方法对检测尿酸均具有较高的灵敏度和选择性、分析速度快、操作简单、可有效的应用于实际样品的检测。本论文的主要内容如下:第一章:阐述了人体中尿酸含量异常引起的多种疾病、不同国家地区痛风人数的差异、光学传感器的性质和分类、比色传感器材料的选择、天然酶与过氧化物模拟酶的简介,简单的描述了本文的研究内容,展望了比色法在分析检测领域中的发展前景。第二章:提出了一种基于金纳米三角片-尿酸酶系统的尿酸生物传感器。在尿酸酶和氧气的存在下,尿酸被氧化产生H_2O_2。H_2O_2蚀刻金纳米三角片的活性“尖端”区域,最终导致金纳米三角片的紫外吸收强度大大增加。在优化条件下,金纳米三角片的吸光度与尿酸浓度(0.0027-0.5333μM)之间存在相关性,尿酸的检出限为0.0013μM(S/N=3)。人体血清中的一些干扰物质(例如组氨酸、甘氨酸、缬氨酸和色氨酸)对实验研究没有影响。可以用传感系统直接检测血清样品,得到的结果与生化分析仪测试结果一致,平均相对误差为3.9%。这些结果表明,所提出的尿酸传感器在临床诊断应用中具有很大的潜力。第三章:利用MoS_2纳米片催化3,3',5,5'-四甲基联苯胺盐酸盐(TMB)-H_2O_2系统,建立用于检测尿酸的简单、快速且有效的比色传感器。在氧气和尿酸酶的存在下,尿酸被特异性氧化生成H_2O_2。通过水热反应合成的MoS_2纳米片可以催化H_2O_2氧化TMB,并产生比色信号。在优化的条件下,吸光度和尿酸浓度之间的线性关系在0.5-100μM(R~2=0.996)的范围内,检测限为0.3μM(S/N=3)。该方法成功应用于人体血清中尿酸的检测,回收率超过94.54%。因此,这些结果表明,以测定尿酸含量为目标的MoS_2催化TMB-H_2O_2系统对于痛风的快速临床诊断具有很大的前景。第四章:建立Ag@Cu_2O纳米复合材料-催化TMB-H_2O_2系统,用于灵敏、快速、低成本的尿酸比色检测。首先,采用动态法合成银纳米三角片,然后将Cu_2O包裹在纳米片上,形成了Ag@Cu_2O纳米复合材料。Ag@Cu_2O纳米复合材料可以催化H_2O_2(由尿酸酶催化尿酸产生)氧化TMB,肉眼可以直接观察到无色到蓝色的变化,也可以用紫外-可见分光光谱仪检测。比色传感器在0.5-100μM尿酸浓度范围内提供线性吸光度响应,检测限为0.4μM(S/N=3)。所提出的传感器对人体血清中尿酸的回收率超过95.7%。因此,这些结果意味着尿酸传感器为痛风的快速临床分析提供了有效的手段。第五章:构建了一种高灵敏度的Pt@Ag纳米花测定尿酸的生物酶传感器。这一传感器是依据Pt@Ag纳米花催化H_2O_2分解产生的羟基自由基(·OH)使TMB发生颜色改变来研制的,而其中H_2O_2是尿酸酶和尿酸反应生成的。用透射电子显微镜对Pt@Ag纳米花的形貌和化学性质进行了分析。该方法能够很好的应用于尿酸的实际样品检测中。本文研究的创新点主要有:(1)制备合成过程简单的金属纳米材料,构建比色传感器实现对人体中尿酸含量的检测,并且具有良好的灵敏度和选择性;(2)将分析速度快,操作简单的比色法应用到尿酸的检测中,得到了几种性能良好的传感器。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212;TB383.1
【部分图文】：

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基于金纳米三角形片的高选择性高灵敏度生物传感器检测人体血清中1]) 检测尿酸。另一种是光学传感器，包括荧光传感器和紫外。Jiang’s 团队提出了尿酸酶/CS-AuNCs 开关式荧光探针和基NPs/尿酸酶/HRP/OPD 测定尿酸的荧光方法[82,83]。一种简便、柱 - 尿酸酶比色传感器[66]被 Wu’s 团队提出，在尿酸酶存在生 H2O2，随后，通过 H2O2的蚀刻作用，银纳米棱柱的形态从此外，他们组还提出了一种新的 TMB - Cu2+/尿酸酶传感器来+具有高效的类过氧化物酶活性，催化 H2O2氧化 TMB 以产生文中，我们提出了一种高灵敏度、高选择性金纳米三角片 -用于尿酸的检测(图 2.1)。在氧气存在下，尿酸酶催化尿酸生金纳米三角片蚀刻成圆形或不规则形状。最后，三角片的吸与尿酸浓度呈线性关系。将该方法用于检测人体血清中尿酸意。

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米粒子表面并保护纳米颗粒免于聚集[84,85]。碘离子被作为形状导向剂和双功能试剂来研究[86]，因为它们不仅可以加速金纳米三角片的形成，还可以形成 I3-以选择性去除化学蚀刻形成的杂质。此外，抗坏血酸可迅速将 Au3+还原为 Au+，相对应的，溶液由淡黄色变为无色。氢氧化钠用于调节溶液的 pH，最后溶液 pH约为 8.0。紫外 - 可见光谱仪已被用于表征金纳米三角片。如图 2.2a 所示，金纳米三角片溶液显示出以波长 552 nm 和 642 nm 为中心的两个峰，这分别归因于金纳米三角片的平面外偶极子共振和平面内偶极子共振[76]。在 530 nm 处没有观察到明显的吸收峰，表明形成了各向异性纳米结构，透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征进一步证实了这一点。值得注意的是，透射电子显微镜成像图是直接从原始产品获得的，没有任何尺寸选择和任何其他纯化过程。从图 2.2b中可以看出，透射电子显微镜图像显示已经成功制备了具有尖锐尖端的单分散金纳米三角片。平均边缘长度约为 45 ±3 nm (图 2.2e)。图 2.2c 的选区电子衍射图证实了所制备的金纳米三角片是单晶的。如图 2.2d 所示，扫描电子显微镜图像的结果与透射电子显微镜一致，证明已成功制备出金纳米三角片。

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其中发生的生化反应可用以下方程式表示：经尿酸酶催化反应后，发现金纳米三角片的形貌 (图 2.3a) 由三角形变为圆形，并有一些不规则的形状。为了验证 H2O2对金纳米三角片的刻蚀效果，本文直接向金纳米三角片溶液中加入 H2O2的透射电子显微镜图像进行了分析，结果表明，该方法与以往加入尿酸反应的形貌基本一致。如图 2.3b 所示，对照实验表明，与金纳米三角片 (黑色曲线) 的紫外 - 可见光谱图相比，金纳米三角片-尿酸 (红色曲线) 和金纳米三角片 - 尿酸酶 (蓝色曲线) 的吸光度均无明显增加。有趣的是，在金纳米三角片和尿酸酶的混合物中加入尿酸时，吸光度 (紫色曲线) 明显增加，且与尿酸浓度呈线性关系。实际上，由于尿酸浓度低，所生成的 H2O2不能完全蚀刻金纳米片。而当尿酸浓度扩大 1000 倍，为 533.3 μM 时 (图 2.3c)，金纳米三角片的波长发生蓝移，最大吸收波长 (λmax) 从 642 nm 到 592 nm[87]。

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