基于酶动力学调控技术在金纳米传感器的制备和应用
发布时间：2020-09-16 19:52
目的采用电沉积法,利用不同环境条件制备簇状金纳米结构,跨尺度增大金纳米材料有效反应表面积,精确调控纳米材料传感界面的生物分子识别效率,灵敏检测microRNA21的高表达,为实现精准快速检测microRNA21在胃癌组织中的异常表达提供方法,为实现精准快速检测生物分子、外泌体、血清等临床目标提供参考。方法在丝网印刷电极上沉积4层聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亚胺(PEI),通过(i)对电极施加-0.8V至-0.1V的电压;(ii)滴加0.1mg/ml至1mg/ml的氯金酸(HAuCl_4);(iii)将HAuCl_4的沉积时间调整为60s-1800s,以印刷碳电极为载体,在电极表面调控出不同形态的金纳米结构,选择其中最检测反应最灵敏的金纳米结构,在印刷碳电极上构建高性能的跨尺度生物传感界面SPCE-AuNSs。将实验分为E1和E0组,分别用SPCE-AuNSs和传统平滑金电极界面组装0.5μM末端标记亚甲基蓝(MB)的巯基DNA21,37℃反应2h,滴加脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNaseI酶)反应液,37℃反应0.5h,用方波伏安法(SWV)计算DNase I酶切割单链DNA21-MB的效率。用SPCE-AuNSs组装0.5μM末端标记亚甲基蓝(MB)的巯基DNA21,在含有0.2 U/mL双链特异性核酸酶(DSN酶)和MicroRNA21的杂交液中捕获目标MicroRNA21,50℃反应1h,计算DSN酶切割双链DNA21/MicroRNA21的效率。结果1.在SPCE上沉积PAA/PEI:未沉积PAA/PEI的SPCE构建出的SPCE-AuNSs界面结构极易被纯水冲落,在SPCE上覆盖6层PAA/PEI后,构建的金纳米结构稳定性大幅度增强,不易被纯水冲落。2.构建金纳米结构的电压调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构变化为刺状球形→分层花形→聚枝状结构。最佳反应电压为-0.3V。3.构建金纳米结构的HAuCl_4浓度调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构从分层花形向纳米微球形态过渡。最佳HAuCl_4沉积浓度为0.3mg/ml。4.构建金纳米结构的反应时间调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构直径从最初的约1.0μm变为约10μm。同时,这些金纳米结构在整个沉积过程中保留了完整的纳米结构臂和分支。最佳反应时间为1200s。5.增强界面酶动力学:SPCE传感器的DNA21/DNaseI酶反应效率为90%,而传统金电极传感器的DNA21/DNaseI酶反应效率仅为50%(P0.05)。6.SPCE传感器的灵敏度和特异性:经反应和计算,SPCE传感器的检测限低至10aM水平。0.5μM DNA21-MB与100fM MicroRNA21/DSN(0.2 U mL~(-1))的反应信号比与单个、两个和多个碱基错配的MicroRNA/DSN(0.2 U mL~(-1))的反应信号高20%(P0.05)。结论1.采用电沉积方法在SPCE表面制备出了簇状金纳米结构,大幅增加SPCE沉积金的表面积,加强了Au和DNA巯基的反应强度,通过计算DNA捕获探针的组装密度精确调控了电化学传感界面生物分子识别效率。2.SPCE-AuNSs纳米传感界面提供了相对较高的探针密度和绝对分子数,展现出良好的空间效应,很大程度上改善了分子间碰撞可能性,增强了界面酶动力学。
【学位单位】：湖北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212.3;R446.1
【部分图文】：
结果聚电解质在 SPCE 表面的多层沉积没有覆盖聚电解质多层膜聚丙烯酸（PAA）/聚乙烯亚胺（PEI）的印刷电调控出的金纳米结构不够精细（图 1b）。覆盖有聚电解质多层膜 PAA/PEI 的刷电极表面形成了多层精细的小孔，可以促进金纳米颗粒形成具有高曲率的态结构（图 1c）。与已发表的 ITO 玻璃传感纳米界面相比，SPCE 传感器很大度上增强了非均匀金基底表面上 AuNSs 的稳定性，AuNSs 更牢固，经过五次烈水洗都不易被冲落（图 1d）。
图 2 不同沉积电压条件下在 SPCE 上调控的金纳米颗粒 SEM 图像(a)-(h):-0.1V- -0.8V，插图：AuNSs 相应高放大倍数的单个金颗粒 SEM 图像，对应标尺为 10μm在-0.3V 电压和 1800s 沉积时间的条件下优化 HAuCl4浓度，发现在低浓度（0.5-5 mg/mL）下，类似金花状的纳米结构主导整体形态（图3a-d），随着HAuCl4浓度从 6 增加至 10 mg/mL 时，金纳米颗粒形状从花状分形结构向纳米微球过渡（图 3e-h）。随着氯金酸浓度从 0.5-10mg/mL，DNA-MB 的电流信号逐渐增加至峰值，然后逐渐减小（图 3j），在 3mg/mL 的条件下观察到最佳 SWV 响应（图 3i）。
4浓度，发现在低浓度（0.5-5 mg/mL）下，类似金花状的纳米结构主导整体形态（图3a-d），随着HAuCl4浓度从 6 增加至 10 mg/mL 时，金纳米颗粒形状从花状分形结构向纳米微球过渡（图 3e-h）。随着氯金酸浓度从 0.5-10mg/mL，DNA-MB 的电流信号逐渐增加至峰值，然后逐渐减小（图 3j），在 3mg/mL 的条件下观察到最佳 SWV 响应（图 3i）。
本文编号：2820301
【学位单位】：湖北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212.3;R446.1
【部分图文】：
结果聚电解质在 SPCE 表面的多层沉积没有覆盖聚电解质多层膜聚丙烯酸（PAA）/聚乙烯亚胺（PEI）的印刷电调控出的金纳米结构不够精细（图 1b）。覆盖有聚电解质多层膜 PAA/PEI 的刷电极表面形成了多层精细的小孔，可以促进金纳米颗粒形成具有高曲率的态结构（图 1c）。与已发表的 ITO 玻璃传感纳米界面相比，SPCE 传感器很大度上增强了非均匀金基底表面上 AuNSs 的稳定性，AuNSs 更牢固，经过五次烈水洗都不易被冲落（图 1d）。
图 2 不同沉积电压条件下在 SPCE 上调控的金纳米颗粒 SEM 图像(a)-(h):-0.1V- -0.8V，插图：AuNSs 相应高放大倍数的单个金颗粒 SEM 图像，对应标尺为 10μm在-0.3V 电压和 1800s 沉积时间的条件下优化 HAuCl4浓度，发现在低浓度（0.5-5 mg/mL）下，类似金花状的纳米结构主导整体形态（图3a-d），随着HAuCl4浓度从 6 增加至 10 mg/mL 时，金纳米颗粒形状从花状分形结构向纳米微球过渡（图 3e-h）。随着氯金酸浓度从 0.5-10mg/mL，DNA-MB 的电流信号逐渐增加至峰值，然后逐渐减小（图 3j），在 3mg/mL 的条件下观察到最佳 SWV 响应（图 3i）。
4浓度，发现在低浓度（0.5-5 mg/mL）下，类似金花状的纳米结构主导整体形态（图3a-d），随着HAuCl4浓度从 6 增加至 10 mg/mL 时，金纳米颗粒形状从花状分形结构向纳米微球过渡（图 3e-h）。随着氯金酸浓度从 0.5-10mg/mL，DNA-MB 的电流信号逐渐增加至峰值，然后逐渐减小（图 3j），在 3mg/mL 的条件下观察到最佳 SWV 响应（图 3i）。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 李晓利;王愈聪;张学晶;赵云颉;刘成辉;李正平;;双链特异性核酸酶介导的高灵敏度microRNA分析[J];化学学报;2014年03期
2 杨勇;牟婧男;丁亚萍;王俊霞;李健爽;杜晓燕;常东;;基于蛋白A-纳米金-丝网印刷电极的雌二醇免疫传感器[J];传感技术学报;2012年04期
3 刘爱民;赵金扣;;幽门螺旋杆菌感染与胃癌Meta分析[J];中国肿瘤;2006年09期
本文编号：2820301
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