新型高灵敏电化学免疫传感器的构建及应用

发布时间：2017-10-18 15:13

  本文关键词：新型高灵敏电化学免疫传感器的构建及应用

  更多相关文章： 电化学免疫传感器 肿瘤标志物 纳米材料 信号放大 傅里叶变换大振幅正弦伏安法

【摘要】：电化学免疫传感器是一种将电化学分析方法与免疫学技术相结合而发展起来的具有快速、灵敏、选择性高、成本低廉、操作简便等特点的生物传感器,在临床诊断、药物分析、环境和食品质量监控等领域得到了广泛应用,研究新型的电化学免疫传感器具有重要意义。基于纳米技术、生物传感技术和电化学分析技术,本研究构建了一系列在疾病早期筛查和诊断中具有重要应用前景的高灵敏电化学免疫分析新方法;同时,本研究通过引进和研究新方法傅里叶变换大振幅正弦伏安法,更好地提高了电化学分析检测的灵敏度和选择性。从功能化复合纳米材料的制备,传感器敏感界面的构建以及新型信号增强的免疫传感器的研制,并研究新方法及其应用等方面进行了探索和研究。本论文主要开展的工作及结果如下:1)基于降钙素原是一种与全身炎症细胞感染有关的细菌标志物,制备了一种简单的和高效的示踪标记物用于检测降钙素原(PCT)的电化学夹心免疫分析新方法。基于层层组装式的方法将石墨烯、多壁碳纳米管、壳聚糖、戊二醛依次修饰到电极表面作为固化抗体的电极基质,不仅提高电活性物质与电极之间的电子传递速率而且高效捕获大量活性抗体;并利用硅纳米粒子和纳米金复合材料加载硫堇作为信号示踪标记物固化酶标记信号抗体HRP-PCT。相比传统的免疫分析方法,本研究所构建的检测PCT电化学免疫传感器具有较好的检测范围,0.01~350 ng·m L-1,检测限低达0.5 pg·m L-1,同时将该方法应用于血清样品中进行分析物的测定,结果与参考值较好吻合。2)与前面酶催化放大信号相比,该实验通过高含量高比例酶催化放大技术和纳米增强技术相结合制备了一种检测艰难梭菌毒素B的简单夹心型电化学免疫分析方法。以多壁碳纳米管、普鲁士蓝、壳聚糖、戊二醛复合物作为固化抗体的电极基质,并将功能化的氧化石墨烯用于标记酶标抗体作为信号示踪物以放大检测信号。相比传统的免疫分析方法,本实验所构建的检测艰难梭菌毒素B电化学免疫传感器具有较好的检测范围,0.003~320 ng·m L-1,检测限低达0.7 pg·m L-1。同时将该方法应用于粪便样品中进行分析物的测定,结果与参考值较好吻合,表明该方法在临床分析领域和用于检测其他肿瘤标志物中具有一定的指导意义和应用前景。3)在上个实验所采用的高含量高比例酶催化放大技术基础上,本实验将功能化的氧化石墨烯用于固载高比例的HRP和酶标信号抗体,结合电沉积技术固载生物酶分子键合硅胶纳米于多壁碳纳米管,报道了一种基于多层酶催化信号增强技术构建了高灵敏检测HIV-p24的电化学免疫分析方法。本研究所构建的检测HIV-p24电化学免疫传感器具有较好的检测范围,0.5 pg·m L-1~8.5 ng·m L-1,检测限低达0.15 pg·m L-1。同时将该方法用作血清样品中分析物测定,结果与参考值较好吻合,表明该方法在临床分析领域具有一定的应用前景。4)与前面几种单组分检测分析相比,多组分检测分析具有更高的分析效率和检测通量。本实验利用制备的有序介孔碳掺杂金属纳米晶标记抗体为纳米示踪标记物,结合夹心型模式,发展了一种能够同时多组分检测分析的高灵敏电化学免疫分析方法。本实验以肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)和人表皮生长因子受体-2(HER-2)为模型体系,通过一种简单、经济的绿色通道制得了有序介孔碳掺杂金属纳米晶复合材料,以可溶性酚醛树脂为碳源,金属硝酸盐为金属源,并以此作为示踪标记物,结合金属溶出伏安分析以实现对抗原浓度的定量检测。该方法可在较宽浓度范围内0.001~150 ng·m L-1实现对AFP和HER-2的同时测定,检测限分别低达0.6 pg·m L-1和0.35 pg·m L-1。该免疫传感器制备简单,低廉,快速,并且具有较好的稳定性和重复性。5)前面几种电化学免疫传感器所采用的检测手段均是传统的电化学分析技术,本研究工作主要通过引进新方法,即傅里叶变换大振幅正弦伏安法,利用电化学体系谐波的性质以及谐波信号的行为规律尝试将其用于各种实际电化学问题的研究之中,可分为以下几个部分来进行:1、通过傅里叶变换正弦伏安法(FT-SV)的高次谐波实现对在热力学上差异极小的物质进行选择性检测的研究;2、利用FT-SV方法结合四电极体系对液/液界面离子转移反应进行了一些相关地研究:一方面,通过该方法研究不同种类离子和不同浓度的同一离子在液/液界面转移时的定量检测;另一方面,研究不同种类离子在同一系统里面是否存在非加性关系。3、将该方法应用于免疫传感器体系中实现对目标分析物的高灵敏检测。
【关键词】：电化学免疫传感器 肿瘤标志物 纳米材料 信号放大 傅里叶变换大振幅正弦伏安法
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-37
• 1.1 生物传感器的概述14
• 1.2 免疫分析与免疫传感器14-23
• 1.2.1 概述14-15
• 1.2.2 抗原15
• 1.2.3 抗体15-16
• 1.2.4 免疫分析16-17
• 1.2.5 免疫传感器17-18
• 1.2.6 免疫传感器中抗体(抗原)固定方法18-19
• 1.2.6.1 吸附法18
• 1.2.6.2 共价交联法18-19
• 1.2.6.3 包埋法19
• 1.2.6.4 定向固定法19
• 1.2.6.5 分子自组装法19
• 1.2.7 免疫传感器分类19-23
• 1.2.7.1 质量检测免疫传感器20
• 1.2.7.2 热量检测免疫传感器20
• 1.2.7.3 光学检测免疫传感器20-21
• 1.2.7.4 电化学检测免疫传感器21-23
• 1.3 免疫分析信号的增强23-31
• 1.3.1 酶催化信号增强法24-26
• 1.3.1.1 底物循环信号增强法24-25
• 1.3.1.2 酶联合多重催化信号增强法25
• 1.3.1.3 酶催化产物沉积法25-26
• 1.3.2 生物素-亲和素信号增强法26-27
• 1.3.3 纳米粒子标记增强法27-31
• 1.3.3.1 纳米金信号放大27-28
• 1.3.3.2 CNTS信号放大28
• 1.3.3.3 石墨烯信号放大28-30
• 1.3.3.4 生物纳米微球信号放大30
• 1.3.3.5 磁性微球信号放大30-31
• 1.3.3.6 脂质体标记物信号增强法31
• 1.4 肿瘤标志物检测在临床的研究31-32
• 1.5 傅里叶变换大振幅正弦伏安法的研究32-35
• 1.5.1 研究的意义32-33
• 1.5.2 概述和发展历史33-34
• 1.5.3 在实际体系中的应用34-35
• 1.6 本论文研究目标与主要工作35-37
• 第二章 基于多种纳米复合材料构建电化学免疫传感器用于检测降钙素原37-47
• 2.1 引言37-38
• 2.2 实验部分38-41
• 2.2.1 试剂及仪器38-39
• 2.2.2 酸处理碳纳米管39
• 2.2.3 示踪标记物的制备39
• 2.2.4 电化学免疫传感器的制备39-40
• 2.2.5 电化学测量步骤40-41
• 2.3 结果与讨论41-46
• 2.3.1 GS, MWCNTs, CS/MWCNTs/GS的表征41
• 2.3.2 电极修饰过程的电化学表征41-43
• 2.3.3 辣根过氧化物酶的电化学催化特性43-44
• 2.3.4 实验条件的优化44
• 2.3.5 免疫传感器的定量检测44-45
• 2.3.6 免疫传感器性能测试（稳定性、选择性和重现性）45
• 2.3.7 免疫传感器用于人体血清的检测45-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第三章 功能化氧化石墨烯标记高含量酶用于电化学免疫分析检测艰难梭菌毒素B47-59
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 试剂及仪器48
• 3.2.2 示踪标记物的制备48-49
• 3.2.3 电化学免疫传感器的制备49-50
• 3.2.4 电化学测量步骤50
• 3.3 结果与讨论50-58
• 3.3.1 MWCNTs, PB, CS和HRP/HRP-Ab_2/GO的表征50-51
• 3.3.2 电极修饰过程的电化学表征51-53
• 3.3.3 HRP的电化学催化特性53-54
• 3.3.4 实验条件的优化54-55
• 3.3.5 免疫传感器的定量检测55-56
• 3.3.6 免疫传感器性能测试（稳定性、选择性和重现性）56-57
• 3.3.7 免疫传感器用于人体粪便的检测57-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 构建双倍信号放大方法检测人类免疫缺陷蛋白p24的电化学免疫传感器59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 实验部分60-63
• 4.2.1 试剂及仪器60-61
• 4.2.2 示踪标记物的制备61
• 4.2.3 电化学免疫传感器的制备61-62
• 4.2.4 电化学测量步骤62-63
• 4.3 结果与讨论63-71
• 4.3.1 MWCNTs, SiO_2-HRP, CS和HRP-Ab_2/TH/GO的表征63-65
• 4.3.2 电极修饰过程的电化学表征65-66
• 4.3.3 比较不同电极基质的电化学响应和HRP的电化学催化特性66-68
• 4.3.4 实验条件的优化68-69
• 4.3.5 免疫传感器的定量检测69-70
• 4.3.6 免疫传感器性能测试（稳定性、选择性和重现性）70
• 4.3.7 免疫传感器用于人血清样品的检测70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 功能化有序介孔碳掺杂金属纳米晶用于标记肿瘤标志物实现同时多组分免疫分析73-84
• 5.1 引言73-74
• 5.2 实验部分74-77
• 5.2.1 试剂及仪器74-75
• 5.2.2 有序介孔碳掺杂金属纳米粒子复合材料的制备75
• 5.2.3 示踪标记物的制备75-76
• 5.2.4 电化学免疫传感器的制备76
• 5.2.5 电化学测量步骤76-77
• 5.3 结果与讨论77-83
• 5.3.1 OMC-M, OMC-M-Ab_2的表征77-79
• 5.3.2 电极修饰过程的电化学表征79-80
• 5.3.3 实验条件的优化80
• 5.3.4 免疫传感器的定量检测80-81
• 5.3.5 免疫传感器性能测试（稳定性、选择性和重现性）81-82
• 5.3.6 交叉反应82-83
• 5.3.7 血清样品检测83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 傅里叶变换大振幅正弦伏安法的研究以及在免疫传感器中的应用84-111
• 6.1 引言84-85
• 6.2 实验部分85-89
• 6.2.1 FT-SV高次谐波动力学差异实现选择性检测实验85-87
• 6.2.2 FT-SV结合四电极体系研究液/液界面离子转移实验87-88
• 6.2.3 FT-SV在免疫传感分析中的应用实验88-89
• 6.3 实验结果与讨论89-110
• 6.3.1 FT-SV高次谐波动力学差异实现选择性检测实验89-100
• 6.3.1.1 Fc1，Fc2与Fc3的传统电化学行为89-91
• 6.3.1.2 FT-SV的研究91-100
• 6.3.1.2.1 理论研究91-93
• 6.3.1.2.2 FT-SV高次谐波高频率研究93-100
• 6.3.1.3 选择性检测Fc1和Fc3100
• 6.3.1.4 谐波电流与相角的重现性100
• 6.3.2 FT-SV结合四电极体系研究液/液界面离子转移实验100-106
• 6.3.2.1 TMA+与TEA+, ClO_4~-与BF_4~-的传统电化学行为100-101
• 6.3.2.2 FT-SV实验101-103
• 6.3.2.3 选择性检测TMA+/TEA~+和Cl O_4~-/BF_4~-103-104
• 6.3.2.4 谐波电流与相角的重现性104
• 6.3.2.5 电流非加性影响考察104-106
• 6.3.3 FT-SV在免疫传感分析中的应用实验106-110
• 6.3.3.1 免疫传感器的传统电化学行为106-108
• 6.3.3.2 FT-SV实验108-109
• 6.3.3.3 测定方法影响因素的讨论109-110
• 6.3.3.4 谐波电流的重现性110
• 6.4 本章小结110-111
• 结论与展望111-114
• 1. 主要结论111-112
• 2. 特色与创新之处112
• 3. 研究展望112-114
• 参考文献114-142
• 攻读博士学位期间取得的研究成果142-143
• 致谢143-144
• 附件144

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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3 刘梦琴;黄勇;刘阳新;蒋健晖;;电化学酶联免疫传感器的发展概述[J];化学传感器;2007年01期

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本文编号：1055631