污染物基因毒性的微纳米基电化学发光传感方法研究

发布时间：2020-06-16 03:00

【摘要】：近年来,由环境污染引起的人类健康问题逐年增多,在这种情况下污染物的生物毒性效应受到了人们的广泛关注。传统的毒性检测方法存在操作繁琐、灵敏性低、耗时长等问题,难以满足实际需求。因此,开发快速、高灵敏和高选择性的毒性检测方法成为环境领域重要的研究课题。与常规分析方法相比,电化学发光传感方法具有灵敏度高、线性范围宽、反应可控、无电子干扰、操作简单、响应速度快等优点,为污染物毒性的检测和评价提供了新的思路。本论文以污染物基因毒性检测为目标,围绕构建高灵敏的电极反应界面和增强传感信号等问题开展相关研究,建立了几种基于微纳米材料的电化学发光传感方法用于基因毒性检测。主要研究内容和结果如下：(1)结合MIL-100(Fe)和氧化石墨烯(GO)对鲁米诺-H202发光反应的催化作用,建立了MIL-100(Fe)-GO基的鲁米诺电化学发光传感方法,实现了对H202的灵敏检测。采用水热法合成了MIL-100(Fe),将MIL-100(Fe)和GO修饰在Pt电极表面,制备了Pt/MIL-100(Fe)-GO电极。在MIL-100(Fe)和GO的共同催化作用下,鲁米诺-H202反应产生的电化学发光信号强度较MIL-100(Fe)和GO单独催化产生的电化学发光信号强度分别提高了1.43倍和10.86倍。H202在0.1 μmol/L-1000 μmol/L的浓度范围内与电化学发光信号强度呈线性关系,定量限为0.1 μmol/L。该电化学发光传感方法对肿瘤细胞所释放出的H202响应信号明显,能够为肿瘤疾病的研究提供技术支持。该方法检测实际水样中的H202回收率在96.0%-102.8%之间。(2)利用碳量子点(CQDs)优良的电化学发光特性,结合二氧化硅包裹纳米金(Au/SiO2)核壳结构的信号放大作用,建立了一种新型电化学发光传感方法用于污染物造成的DNA氧化损伤标志物八羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)的检测。以Au/SiO2作为CQDs的修饰平台制备了CQDs包裹的Au/SiO2核壳结构纳米颗粒(Au/SiO2/CQDs)。在Au/SiO2核壳结构的优良信号放大作用下,Au/SiO2/CQDs修饰的铂电极产生的电化学发光信号强度较单纯CQDs修饰的铂电极产生的电化学发光信号强度提高了8倍。该方法定量检测8-OHdG的线性范围为0.2 μg/L-200 μg/L,最低检出限为0.085 μg/L (3σ/k),该电化学发光传感方法检测牛奶样品和实际水样中的8-OHdG回收率分别在102.0%-110.0%和90.0%-115.0%之间。(3)利用环糊精的主-客体识别作用,结合Au/SiO2核壳结构优良的信号放大作用,建立了一种新型电化学发光传感方法实现了对DNA氧化损伤的修复标志物人源DNA糖基化酶(hOGGl)的灵敏检测。分别合成了α环糊精(a-CD)功能化的Au/SiO2核壳结构纳米颗粒(Au/SiO2/α-CD),以及由双链DNA、钌化合物[Ru(bpy)23+]以及单壁碳纳米管(SWNTs)构成电化学发光探针(RuSD)。以Au/SiO2为修饰平台增加了α-CD的主体识别位点,提高主-客体识别的灵敏度,使Pt/Au/SiO2/α-CD/RuSD工作电极产生的电化学发光信号强度较未引入Au/SiO2的电极产生电化学发光信号强度提高了4倍。用此电化学发光传感方法对hOGG1的活性进行分析,线性范围为2×10。U/L-2×105 U/L,定量限为2×103 U/E,比目前仅有的DNA糖基化酶电化学发光检测方法的定量限(5×105U/L)低两个数量级。该电化学发光传感方法检测实际水样中的hOGG1回收率在104.1%-105.0%之间。(4)利用硼掺杂量子点(BGQDs)优良的发光稳定性和生物相容性,建立了新型电化学发光传感方法,用于检测污染物基因毒性所致肿瘤疾病的生物标志物miRNAs。采用电化学剥离法制备了BGQDs。通过考察不同硼掺杂量对BGQDs性能的影响,得出掺杂硼元素的原子百分比为1.29%时,BGQDs的电阻最低、荧光稳定性最高,其电阻与GQDs相比下降了11%,60天-荧光稳定性比GQDs高51%。采用交联法将BGQDs固定在发夹状探针DNA的一端,并将其修饰于铂电极表面制备成工作电极。目标miRNAs与发夹状探针DNA杂交后,发夹状探针DNA的空间结构改变,其末端连接BGQDs远离工作电极表面,导致电化学发光信号降低。基于该原理实现了对miRNA-20a的定量检测,线性范围为0.1 pmol/L-1×104 pmol/L,定量限为0.1 pmol/L 。该方法用于检测胞外分泌物和实际水样中miRNA-20a的回收率分别在103.1%-110%和85.3%-102.3%之间,为检测其它种类的miRNAs提供了新的思路。综上所述,本论文以污染物毒性检测趋于简单快速化的需求和发展趋势为导向,利用电化学发光传感技术和微纳米材料的优异特性,结合污染物基因毒性生物标志物的不同特点建立了几种新型电化学发光传感方法,实现了污染物基因毒性的简单快速检测,为电化学发光传感方法应用于污染物毒性的检测和评价领域的提供了新思路。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X830
【图文】：

单元结构,电化学发光,传感方法

种优异的新型碳材料，其特点是具有较高的活性比表面积和存在较丰富基团及独特的电子结构，研究表明，ＧＯ能够增强鲁米诺－Ｈ２０２体系ＰＭ１，将其引入基于鲁米诺－Ｈ２化体系的电化学发光传感方法，用于对Ｈ２０进一步提高检测的灵敏度。逡逑并建立了一种基于Ｍ止－ｌＯＯ（Ｆｅ）和ＧＯ的电化学发光传感方法，ＧＯ的混合物修饰在电极表面，给电极施加一定的电压后，ＭＩＬｌＯＯ（Ｆｅ２Ｏ２分解与鲁米诺产生电化学发光反应。通过建立电化学发光信号强度的线性关系来实现＆0２的定量检测，并通过测定人体肝癌细胞（ＨｅｐＧ２检验该传感方法在实际应用中的效果。逡逑与仪器逡逑（Ｆｅ），％．０％，天津博迪化工股份有限公司逡逑侣讯６0６），％．0％，萨恩化学技术有限公司逡逑

SEM图,光谱,应用需求,高纯度

Ｄ对所制备出的ＭＬ－１００（Ｆｅ炯料进行了进一步表征，其结果如图２．４所示。逡逑ｅ）的ＸＲＤ光谱中，２日衍射角在６．２°、１０．９°、１１．２°和２０．２°出现较强的吸发现，这些吸收峰的位置与文献中的ＭＩＬｌＯＯ（Ｆｅ）特征吸收峰位置相同Ｐ８５ｌ逡逑ＯＯ（Ｆｅ）的ＸＲＤ光谱中，没有杂质峰出现，说明制备出的为高纯度，能够满足进一步应用需求。逡逑ｄ逡逑ｔ逡逑巧逡逑含逡逑

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