復(fù)合納米材料的合成及其在生物傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、生物傳感技術(shù)是現(xiàn)代分析科學(xué)與生物檢測技術(shù)的基礎(chǔ)，是分析化學(xué)的前沿領(lǐng)域，在生命科學(xué)、疾病診斷與治療、食品安全等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。生物傳感技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)分析手段中復(fù)雜費時的生物分析方法，具有選擇性好、靈敏度高以及快速、原位、微型化、低成本等優(yōu)點，為生命科學(xué)研究提供了有效的手段。隨著社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物傳感方法和分析技術(shù)也面臨著新的需求與挑戰(zhàn)，檢測對象的多樣化、復(fù)雜化；高靈敏度、高選擇性、無損傷、無接觸等技術(shù)需求應(yīng)運而生。

2、近些年來，納米技術(shù)發(fā)展突飛猛進，復(fù)合納米材料不僅具有傳統(tǒng)納米材料的比表面積大、導(dǎo)電性高、機械性能強等特點，還具有催化活性高、吸附能力強、生物相容性良好等優(yōu)點，在生物信號識別、檢測中展現(xiàn)了越來越重要的作用，并且為構(gòu)建高選擇性、高靈敏、快速高效的生物傳感器提供了新的設(shè)計思路。
　　在查閱大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，圍繞復(fù)合納米材料在電化學(xué)、光化學(xué)及生物傳感相關(guān)的應(yīng)用，本論文主要研究了幾種新型納米材料的合成，并且通過構(gòu)建相應(yīng)的生物傳感器對生物

3、標(biāo)志物進行檢測。
　　具體工作如下：
　　(1)論文第二章中，通過對包裹有聚多巴胺(PDA)的核殼型納米顆粒進行研究，發(fā)展了一種核殼型的四氧化三鐵-聚多巴胺納米粒子(Fe3O4-PDA)的綠色合成方法以及它們在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。磁性Fe3O4納米粒子通過一步水熱法合成，多巴胺可以在Fe3O4表面自聚成膜形成PDA，PDA作為還原劑與偶聯(lián)劑可以實現(xiàn)金納米顆粒(Au NPs)的還原性沉積。沉積了Au NPs的Fe3O4-PDA在對

4、對硝基苯酚進行還原時展示出了高度的催化活性。并且，該催化劑在催化活動中進行多次循環(huán)利用之后并沒有發(fā)現(xiàn)明顯損失，因此可重復(fù)使用的性能良好。PDA和磁性Fe3O4獨特的協(xié)同與偶聯(lián)作用使核殼型的納米材料可以作為一個多功能的平臺，蘊藏著很大的潛在應(yīng)用價值。
　　(2)論文第三章中，利用三明治夾心免疫原理設(shè)計了一種新型靈敏比色免疫傳感器用以對卵巢癌標(biāo)志物(CA125)進行檢測。其中氨基化的四氧化三鐵納米磁珠(Fe3O4 NPs)作為易分離的

5、免疫探針用于標(biāo)記anti-CA125一抗。中空型聚多巴胺-金納米材料(PDA-Au)作為標(biāo)記物用以固定anti-CA125二抗。金納米顆粒(Au NPs)在對硝基苯酚還原成對氨基苯酚的還原過程中起著很好的催化能力。還原過程中產(chǎn)生的顏色變化和對硝基苯酚的紫外/可見吸收變化與CA125的濃度線性相關(guān)。隨著CA125加入量的增加，進入免疫體系中與二抗相連的PDA-Au的量也隨之增加。在硼氫化鈉作還原劑的條件下，實驗測定了不同時間點、不同濃度C

6、A125所對應(yīng)對硝基苯酚紫外/可見吸收的變化。該比色免疫檢測方法的線性范圍為是從0-100U/mL，檢測下限達0.1U/mL，線性相關(guān)系數(shù)為0.9924。另外，將這種免疫方法應(yīng)用于人血清樣本中，得到滿意的檢測結(jié)果。
　　(3)論文第四章中，合成的聚丙烯酸納米刷(SPAABs)可以與辣根過氧化物酶(HRP)相連形成SPAAB-HRP?；赟PAAB-HRP設(shè)計了一種超靈敏的電化學(xué)免疫傳感器用于對蛋白質(zhì)的檢測。SPAABs的三維結(jié)構(gòu)有

7、利于有效穩(wěn)定地固定足量的HRP。SPAAB-HRP能夠在鄰苯二胺(OPD)氧化H2O2的反應(yīng)中起到較高的催化作用，表現(xiàn)出顯著的示差脈沖極譜(DPV)信號響應(yīng)變化并伴隨相應(yīng)的顏色改變。實驗使用人免疫球蛋白G(HIgG)作為模型分析物構(gòu)建了三明治夾心型免疫傳感器，利用氧化石墨烯(GO)固定捕獲抗體(Ab1)，SPAAB-HRP外層連接免疫抗體(Ab2)。上述免疫傳感器在HIgG濃度100pg/mL-100μg/mL范圍內(nèi)具有良好的線性響應(yīng)，

8、在S/N=5時檢出限為50pg/mL，與傳統(tǒng)的酶聯(lián)免疫吸附相比，靈敏度擴大6.7倍。
　　(4)葡萄糖的超靈敏快速準確檢測在疾病診斷和臨床醫(yī)學(xué)上至關(guān)重要。在傳統(tǒng)的葡萄糖檢測中，常使用酶固定方法。論文第五章中，三維聚丙烯酸納米刷(PAA-nano silica)由于其良好的穩(wěn)定性和較強的酶負載能力，在本實驗中用于連接雙酶(葡萄糖氧化酶和辣根過氧化物酶)進行聯(lián)酶催化。PAA-nano silica-雙酶體系的主要優(yōu)點在于，雙酶密集排布

9、，降低中間產(chǎn)物H2O2的擴散消耗。在聯(lián)酶反應(yīng)中，提高了酶的利用效率，從而提高了葡萄糖檢測的特異性和整體反應(yīng)效率。因此，基于PAA-nano silica-雙酶的葡萄糖傳感器展示出了很好的信號放大效果。
　　(5)論文第六章中，合成一種新型的光電化學(xué)復(fù)合材料ZnO-Au@CdS用于對葡萄糖的超靈敏檢測。Au顆粒和CdS顆粒沉積在銀耳狀ZnO表面。光電復(fù)合材料ZnO-Au@CdS中的CdS顆粒可被辣根過氧化物酶(HRP)和H2O2刻蝕