基于復(fù)合納米材料組裝的信號(hào)增強(qiáng)的電化學(xué)免疫傳感器的研究.pdf

1、電化學(xué)免疫傳感器是一種將電化學(xué)分析方法與免疫學(xué)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的具有快速、靈敏、選擇性高、操作簡便等特點(diǎn)的生物傳感器。免疫傳感器主要由生物識(shí)別系統(tǒng)（感受器）和換能器組成。將抗原或者抗體分子固定到換能器表面稱為傳感器敏感界面的構(gòu)建，這是免疫傳感器的研究和開發(fā)中最為重要和關(guān)鍵的步驟之一。本文從功能化復(fù)合納米材料的制備，傳感器敏感界面的構(gòu)建以及新型信號(hào)增強(qiáng)的免疫傳感器的研制等方面進(jìn)行了探索和研究。本文主要分為以下幾個(gè)部分： 第一章

2、綜述簡要概述了現(xiàn)代免疫分析方法，詳細(xì)介紹了免疫生物傳感器的基本原理和敏感界面的固定化技術(shù)，著重評(píng)述了多種納米材料在生物傳感器方面的應(yīng)用；詳細(xì)介紹了電化學(xué)信號(hào)增強(qiáng)的免疫傳感器的基本策略和信號(hào)增強(qiáng)的新型電化學(xué)免疫傳感器的研究進(jìn)展。 第二章由于抗原抗體蛋白均為非電活性物質(zhì)，因此電化學(xué)免疫傳感器一般需要對(duì)抗體或抗原進(jìn)行生物酶或者電活性物質(zhì)的標(biāo)記，從而實(shí)現(xiàn)把抗體和抗原結(jié)合信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的電化學(xué)信息。然而標(biāo)記步驟復(fù)雜、耗時(shí)，且標(biāo)記過程可能會(huì)

3、影響免疫蛋白的特異性位點(diǎn)，致使生物活性喪失?；谧越M裝技術(shù)和納米技術(shù)，制備了染料硫堇包覆的SiO2復(fù)合納米粒子，再結(jié)合具有比表面積大、吸附力強(qiáng)、生物親和性好等優(yōu)點(diǎn)的金納米粒子，研制了納米金/硫堇-SiO2/納米金復(fù)合膜修飾的電流型癌胚抗原（CEA）免疫傳感器。值得注意的是，基于硫堇固有的電化學(xué)活性，該硫堇-SiO2復(fù)合納米粒子修飾電極呈現(xiàn)出良好的氧化還原活性，其可以起到氧化還原探針的作用，用以指示免疫反應(yīng)發(fā)生的進(jìn)程。從而無需在測試溶液中

4、加入其他氧化還原探針，進(jìn)一步簡化操作步驟，構(gòu)建了無試劑型免疫傳感器。與傳統(tǒng)的免疫物質(zhì)測試方法相比，該方法具有無需對(duì)生物分子進(jìn)行標(biāo)記，不需競爭或者夾心反應(yīng)，測試液中亦不需加入電活性物質(zhì)，只需在傳感器表面進(jìn)行常規(guī)免疫反應(yīng)后，將其轉(zhuǎn)移至測量池中測量響應(yīng)電流信號(hào)即可，具有操作簡單、響應(yīng)快、特異性強(qiáng)等特點(diǎn)。 第三章以具有獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)特性的有機(jī)半導(dǎo)體材料苝四甲酸二酐（PTCDA，3，4，9，10-perylenetetracarboxy

5、lic dianhydride）為原料，通過兩步合成法制備了二茂鐵基修飾的新型成膜材料（PTC-Fc）。PTC-Fc具有導(dǎo)電性好，氧化還原活性強(qiáng)，易于成膜且比表面積大、表面活性位點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的電極修飾材料。結(jié)合有機(jī)相合成和相轉(zhuǎn)移技術(shù)制備的帶正電荷的金納米粒子構(gòu)建了電流型CEA免疫傳感器。正電荷金納米粒子的引入不僅牢固的固定了抗體蛋白，很好的保持了抗體蛋白的生物活性，同時(shí)與納米多孔材料PTC-Fc形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，起到了納米導(dǎo)線的作

6、用，加快了PTC-Fc的氧化還原電子轉(zhuǎn)移速率。該傳感器具有制各簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)。 第四章酶免疫傳感器將酶的化學(xué)放大作用與免疫物質(zhì)的專一性識(shí)別相結(jié)合，兼有電化學(xué)分析的靈敏性和免疫反應(yīng)的特異性，為進(jìn)一步提高免疫傳感器的靈敏度，設(shè)計(jì)了免去傳統(tǒng)酶標(biāo)操作的新型多層酶修飾的信號(hào)增強(qiáng)的電流型免疫傳感器。以牛血清白蛋白（BSA）為固酶基質(zhì)，通過交聯(lián)作用固載HRP以提高酶膜的穩(wěn)定性，基于聯(lián)吡啶鈷（Co（bpy）33+）與

7、BSA之間的靜電作用和疏水作用，Co（bpy）33+能夠進(jìn)入BSA-HRP復(fù)合膜中形成的具有電化學(xué)活性和生物相容性的復(fù)合基質(zhì)。固載抗體后又提出了使用HRP封閉免疫電極上的非特異性吸附位點(diǎn)，并同時(shí)利用HRP的生物催化放大作用放大響應(yīng)電流信號(hào)，進(jìn)而提高免疫傳感器的靈敏度的新方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證明，該方法操作簡單，協(xié)實(shí)可行，大大提高了免疫生物傳感器的靈敏度。 第五章磁性納米粒子具有易于磁性分離的特點(diǎn)，常用于標(biāo)記免疫蛋白分子，構(gòu)建可多次再

8、生的免疫傳感器。本研究中合成了以磁性納米顆粒Fe3O4為核，普魯士藍(lán)（PB）為中間層并作為電活性物質(zhì)，Au為外殼的多層結(jié)構(gòu)的功能化磁性納米顆粒（Au-PB-Fe3O4），該多層結(jié)構(gòu)納米顆粒兼有在外磁場中可分離性以及生物分子快速固定化等特點(diǎn)，且由于中間層PB的引入，其還具有良好的氧化還原電活性。同時(shí)，將辣根過氧化物酶（HRP）、葡萄糖氧化酶（GOD）和蛋白抗體同時(shí)標(biāo)記到該納米粒子表面。該多功能生物分子標(biāo)記材料具有生物親和性、催化活性、電化

9、學(xué)活性和易分離等優(yōu)點(diǎn)?；趭A心免疫反應(yīng)模式，借助生物標(biāo)記的三層納米粒子的多重電化學(xué)催化作用可顯著放大響應(yīng)電流信號(hào)，構(gòu)建了超靈敏易再生的電化學(xué)免疫傳感器。 第六章在敏感界面的構(gòu)建方面：將碳納米管用惰性蛋白BSA分散，制得BSA包覆的功能化CNT復(fù)合材料修飾到金電極表面，利用BSA的-NH2殘基吸附小粒徑的納米金顆粒。通過恒電位沉積法，以小粒徑的納米金顆粒為品種，在HAuCl4溶液中電沉積納米金，制得具有高比表面積、強(qiáng)吸附作用和良好

10、的生物親和性的DpAu-CNT納米復(fù)合膜用以固載抗體蛋白。在信號(hào)檢測模式方面，設(shè)計(jì)了進(jìn)一步增強(qiáng)電流響應(yīng)信號(hào)，提高電極靈敏度的信號(hào)放大新策略：首先制備了具有穩(wěn)定性好、阻抗高等特點(diǎn)的聚合物Nafion（Nf）修飾的納米SiO2粒子，以此標(biāo)記二抗蛋白。當(dāng)采用夾心免疫反應(yīng)模式時(shí)，由于Nf-SiO2復(fù)合納米粒子在電極敏感界面的引入，能顯著阻礙電子的傳輸，使電極的有效截面積大大減少，從而起到放大響應(yīng)信號(hào)的作用，進(jìn)而提高傳感器靈敏度。與直接免疫反應(yīng)的