基于金纳米树脂复合微球检测肺癌标志物的电化学和SERS研究

发布时间：2017-11-12 21:11

  本文关键词：基于金纳米树脂复合微球检测肺癌标志物的电化学和SERS研究

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【摘要】：树脂微球因其具有形貌和大小可控,良好的稳定性及生物相容性等特征,其在生物医学领域的应用引起广泛的关注。树脂微球携带多种活性基团(如羟基、醛基、羧基、氨基等),既可以进行化学修饰而实现不同的功能,也可以直接偶联生物酶、抗体及药物。本论文主要研究以多巴胺、氨基水杨酸、血清胺和色氨酸四种单体来制备树脂微球,并以其为模板制备出了金纳米树脂复合微球。金纳米树脂复合微球是将金纳米颗粒修饰到树脂微球上形成的复合材料,因其导电性强和表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering, SERS)活性高而被应用到电化学和SERS分析领域。筛选出具有可区分的电化学和SERS特征峰的分子标记到金纳米树脂复合微球上,构建基于电化学和SERS检测技术的免疫传感器来检测一种或多种肺癌标志物。本论文具体开展了如下工作：1. 以多巴胺、氨基水杨酸、血清胺和色氨酸四种反应单体来制备不同粒径的树脂微球。研究反应单体的量对合成树脂微球形貌的影响；讨论了化学结构与树脂微球粒径的大小关系。将金纳米颗粒修饰到树脂微球上形成金纳米树脂复合微球。研究并讨论了不同浓度的氯金酸对树脂微球上金纳米颗粒形貌的影响。树脂微球上的金纳米颗粒之间存在着微小的距离,这可以产生很强的“热点”效应有利于增强SERS信号。金纳米树脂复合微球上的金纳米颗粒具有良好的导电性和SERS活性,可以将其应用到电化学和SERS分析领域。2. 首次提出将金纳米树脂复合微球固载在经硫堇处理的玻碳电极表面,通过硫堇电化学信号的改变,发展了一种检测癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen, CEA)的新方法。其特点在于：第一,金纳米树脂复合微球具有比表面积大的特点,可以有效增大电极的表面积并提高CEA抗体(CEA antibody, anti-CEA)的固载量。第二,金纳米树脂复合微球表面含有丰富的活性基团,anti-CEA不仅可以通过蛋白质分子上氨基或巯基与金形成金氮键或金硫键而将anti-CEA共价吸附在工作电极表面,而且还可以通过复合微球与蛋白质分子上的羧基氨基发生缩合反应而固定抗体,进一步提高anti-CEA的固载量。第三,金纳米树脂复合微球的导电性能强,可以提高电活性物质与电极之间的电子传递速率,提高该免疫传感器的检测灵敏度。实验结果表明,该免疫传感器制作方法简单,固化抗体分子保持良好,灵敏度高,抗干扰性强,可用于CEA的分析检测。3. 基于普鲁士蓝(Prussian blue, PB)和甲苯胺蓝(Toluidine blue, TB)不同的电化学活性,将PB和TB修饰到金纳米树脂复合微球表面,发展了一种基于电化学分析技术同时检测两种肺癌标志物一CEA和神经烯醇化酶(Neuronal specific enolase, NSE)的生物传感新方法。本研究使用一种氟掺杂氧化锡(Fluorine-doped tin oxide, FTO)导电玻璃作为工作电极,通过氨基功能化使工作电极表面形成一层富含氨基的膜,进一步将PB和TB修饰的金纳米树脂复合微球分别固定到工作电极上,随后anti-CEA和神经烯醇化酶抗体(NSE antibody, anti-NSE)共价吸附在工作电极上,制得一种同时检测CEA和NSE的电化学免疫传感器。本实验对制备PB和TB修饰的金纳米树脂复合微球及其标记的免疫传感器做了电化学表征,并对免疫传感器的实验条件进行优化。在最优化条件下,该免疫传感器检测CEA和NSE的最低检测限分别是0.11 ng/mL和0.08 ng/mL。4.为了避免信号分子发生氧化还原反应和提高检测的稳定性,基于纳米结构的SERS效应,利用拉曼信号分子在金纳米树脂复合微球表面吸附,发展一种基于SERS技术检测一种或两种肺癌标志物的新方法。本研究将生物相容性好的壳聚糖稳定的金纳米颗粒固定在基底表面,用于捕获抗体的固载,可有效保持其生物活性。利用金纳米树脂复合微球的大比表面积,可提高标记抗体的固载量及其与识别抗原的结合效率,将信号分子(尼罗蓝A,Nile blue A, NBA)和标记抗体修饰到金纳米树脂复合微球表面形成标记探针。本研究成功构建了一个双抗夹心式SERS免疫探针来检测溶液中CEA的浓度。同时,利用两种具有可区分SERS特征峰的拉曼信号分子(4-巯基苯甲酸和NBA),构建一个可以同时检测两种肺癌标志物的SERS免疫探针。5.提出了一种基于金纳米树脂复合微球双模式、高通量检测肺癌标志物的方法,并用电化学和SERS系统地表征检测信号的变化。经过一系列的筛选,选择两种具有可区分的电化学和SERS特征峰的硫堇和NBA,将其标记到金纳米树脂复合微球上构建一个电化学和SERS双模式的免疫传感器,实现了对CEA和细胞角蛋白19片段(Cytokeratin 19 fragment, CK-19)的定量检测。采用双抗夹心法,标记探针、目标抗原和捕获探针通过抗体-抗原-抗体特异性免疫反应形成免疫复合物。当免疫复合物形成后,就可以将其放置于电化学工作站或者拉曼光谱仪下进行电化学或SERS检测。免疫传感器在电化学模式下可以检测到CEA和CK-19的最低浓度分别为0.01 ng/mL和0.04 ng/mL；在SERS模式下检测到CEA和CK-19的最低浓度分别为0.62 ng/mL和1.01 ng/mL。该双模式免疫传感器既具备电化学的高灵敏度又具有SERS的稳定性,可为肺癌标志物的检测提供一种更准确和可靠的方法。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R734.2

【参考文献】

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本文编号：1177632