基于功能化纳米材料构建的同一界面单组分及多组分检测的电流型免疫传感器的研究

发布时间：2017-04-09 17:24

  本文关键词：基于功能化纳米材料构建的同一界面单组分及多组分检测的电流型免疫传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物标志物在癌症风险评估和筛查,精确预判和症状诊断,评估生物治疗效果方面发挥着愈加重要的作用。基于电化学技术的生物标志物检测技术以其经济、快速、易量化等优势引起了研究者广泛的关注。电流型免疫传感器是将生物活性材料固载在电极表面,检测抗体-抗原反应引起的电流变化,已被证明是一种灵敏、快速和低成本且高效的定量方法。电化学免疫传感器的制备过程中,一个关键的步骤是固定生物分子在检测敏感界面上,如今各种各样的纳米材料在传感器构造和性能提升中起到越来越大的作用。本文在新型的复合纳米材料用于电流型免疫传感器的构建以及多组分同时检测技术方面进行了一系列探索性的研究。具体研究工作如下：1.以金-铂合金和铁氰化镍纳米粒子及辣根过氧化物酶纳米粒子构建的电流型免疫传感器的研究利用金-铂合金纳米粒子(Au-PtNPs)、铁氰化镍纳米粒子(NiHCFNPs)和过氧化物酶纳米粒子(HRPNPs)的优点来制备一个简单、高度敏感、稳定的甲胎蛋白(AFP)免疫传感器。首先,Au-PtNPs被电沉积在玻碳电极(GCE)上,然后NiHCFNPs通过金氰键组装到Au-PtNPs表面。随后,第二层Au-PtNPs沉积,抗AFP通过氨基和巯基与Au-PtNPs反应结合,最后,HRPNPs作为封闭试剂被固载。在这个方案中,NiHCFNPs提供了极好的氧化还原峰以进行信号检测,并且非常稳定,电学信号强。Au-PtNPs和HRPNPs协同催化作用H2O2可以极大的放大响应信号。采用HRPNPs代替HRP作为催化和封闭物质,可以在有限的结合位点加载上更多的HRP分子利于提高响应信号。此外,由于制备方法非常简单,采用的纳米材料较为稳定,提高了免疫传感器的稳定性。2.以金-镍复合纳米材料作为催化试剂的新型猪链球菌2型免疫传感器传统的猪链球菌2型(SS2)检测方法大多比较费时,成本较高且需要较高专业培训的人员。因此,我们试图发展一种简单、快速、灵敏的电化学传感器来检测SS2。铁氰化镍中的CN-易于与贵金属离子如金离子络合,这一特性可用于制备金-镍纳米复合材料,此方法只需要混合搅拌,不需加入其它试剂,具有简单、绿色的特点。为了构建生物传感器,金纳米粒子(AuNPs)通过简单的恒电位电化学沉积到玻碳电极的表面上作为电极基底,然后结合蛋白A(PA),利用蛋白A的定向结合作用固载捕获抗体(Abl)。结合抗原后,与Au-Ni纳米复合物结合检测抗体(Ab2)形成夹心免疫结构。信号放大来自于纳米材料的增强效应以及Au-Ni纳米复合物对抗坏血酸(AA)强烈的催化作用。该免疫传感器具有制备简单,操作简便和成本低廉的特点。3.同一种生物敏感界面中同时检测三种抗原的以功能化的石墨烯及氧化还原探针为基础的免疫传感器的研究基于氧化还原探针标记的多组分检测技术,为构建简单而敏感的可同时测定三种抗原的电流型传感器,三种捕获抗体甲胎蛋白(anti-AFP),胚胎抗原(anti-CEA)和猪链球菌(anti-SS2)被同时固定到蛋白A/萘酚(PA/Nafion)膜修饰的玻碳电极上；三种二抗则先与不同的氧化还原探针交联,再通过金纳米粒子和羧基的固载作用结合到傒四甲酸/金/石墨烯(PTCA/Au/GS)纳米复合物上,作为检测信号标签和放大介质。这种方法特点包括：首先,PA的每个分子含有多个免疫球蛋白结合结构域,每个域都可以固定一个蛋白质分子,使用PA/Nafion膜作为基底,不仅可以固载大量的一抗,也有益于降低系统的背景电流影响。其次,金纳米粒子和羧基官能化的石墨烯可通过两种结合方式分别结合二抗,可显著增加二抗的固载量,极大的提高了示踪物的信号强度。在对三种生物标志物AFP,CEA和SS2同时检测进行验证时,制得的免疫电极表现出低的背景电流和出色的灵敏度,检测范围宽,检测限低。4.基于氧化还原探针标记策略发展可在同一种生物敏感界面中同时检测四种生物标记物的免疫传感器在临床诊断中,以单一标记物的检测来判断癌症通常是不可靠的,多种标记物测量已被证明是提高诊断可靠性的有效方法。本文提出了基于氧化还原探针标签的同时同一界面测定四种生物标志物的生物传感器。为了实现这一目标,采用了四种氧化还原探针,包括蒽醌-2-羧酸(Aq),硫堇(Thi),联吡啶钴(Co)和羧基二茂铁(Fc),这些标签峰间电位大,重叠很小。在夹心免疫模式中,金纳米粒子电沉积在玻碳电极(GCE)表面,结合四种捕获抗体；四种检测抗体先标记不同的氧化还原探针,再结合在经过3,4,9,10-傒四甲酸(PTCA)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)改性的碳纳米管(CNT)表面的金纳米粒子上,并充当示踪物。当使用胚胎抗原(CEA),糖蛋白CA125,CA19-9和CA242作为分析模型,制备的免疫传感器显示出低的背景电流,较好的灵敏度和选择性。5.基于杂交链反应和生物素-链霉亲和素信号放大策略实现高灵敏的同时检测四种生物标记物各种各样的纳米材料如今在传感器构建和性能提升中起到越来越大的作用。其中,石墨烯(GS)和GS-Au一步法共沉积技术引起了较大的关注,其过程简单、快捷、环保。GS表面拥有的氧官能团为成核提供了反应部位,金纳米粒子可以均匀地生长于GS的表面而不会凝聚。杂交链反应(HCR)可用于增加各种传感器信号的标记的数量。在这项研究中,GS-Au复合纳米材料,HCR和生物素/链霉亲和素(B/SA)三种信号放大方法被采纳以协同提高该多分析物免疫传感器的响应性能。此外,磁性纳米材料的使用为Ab2复合物的制备和分离提供了极大的便利。当使用四种代表性的生物标志物甲胎蛋白(AFP),胚胎抗原(CEA),前列腺特异性抗原(PSA)和糖抗原(CA)125为待测物,制得的免疫传感器表现出较宽的检测范围和超低的检出限。
【关键词】：电流型免疫传感器 功能化纳米材料 生物标志物 多组分检测
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;R917;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-33
• 1.1 肿瘤标志物12-14
• 1.2 免疫及免疫分析14-16
• 1.3 电化学免疫传感器16-18
• 1.4 生物活性物质固定方法的选择18-20
• 1.5 纳米材料在电流型免疫传感器信号放大技术中的应用20-26
• 1.6 多组分检测技术在电化学免疫传感器中的研究进展26-31
• 1.7 本论文的思路31-33
• 第二章 以金-铂合金和铁氰化镍纳米粒子及辣根过氧化物酶纳米粒子构建的电流型免疫传感器的研究33-46
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-37
• 2.3 结果与讨论37-42
• 2.4 免疫传感器的性能42-44
• 2.5 结论44-46
• 第三章 以金-镍复合纳米材料作为催化试剂的新型猪链球菌2型免疫传感器46-54
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验部分47-49
• 3.3 结果与讨论49-53
• 3.4 结论53-54
• 第四章 可在同一种生物敏感界面中同时检测三种抗原的以功能化的石墨烯及氧化还原探针为基础的免疫传感器的研究54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 实验部分55-59
• 4.3 结果与讨论59-64
• 4.4 结论64-66
• 第五章 基于氧化还原探针标记策略发展可在同一种生物敏感界面中同时检测四种生物标记物的免疫传感器66-78
• 5.1 引言66-67
• 5.2 实验部分67-71
• 5.3 结果与讨论71-77
• 5.4 结论77-78
• 第六章 基于杂交链反应和生物素-链霉亲和素信号放大策略实现高灵敏的同时检测四种生物标记物78-90
• 6.1 引言78-79
• 6.2 实验部分79-84
• 6.3 结果与讨论84-88
• 6.4 结论88-90
• 参考文献90-106
• 攻读博士学位期间以第一作者公开发表的学术论文106-108
• 致谢108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 陈慧连;陈伟锐;;电化学免疫传感器的发展概述[J];广州化工;2013年11期

2 徐恩海;生物传感器简介[J];中学生物教学;2004年03期

3 杨霞;袁若;柴雅琴;卓颖;石银涛;贺秀兰;;基于纳米金/功能化壳聚糖生物复合膜修饰的癌胚抗原免疫传感器的研究[J];西南大学学报(自然科学版);2008年07期

  本文关键词：基于功能化纳米材料构建的同一界面单组分及多组分检测的电流型免疫传感器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：295773