基于金属纳米材料构建高灵敏的电化学生物传感器的研究

【摘要】近年来,将电化学分析方法与生物传感器相结合发展而来的电化学生物传感,由于具有灵敏度高、选择性好、响应快、操作简便、成本低等优势,显示出广阔的应用前景。金属纳米材料具有大的比表面积、优良的导电性、强的吸附性能,好的生物兼容性以及高效的电催化活性等特点。将其引入到电化学生物传感器中时,金属纳米材料可通过其对相应底物的电催化反应或是增加生物分子和电活性物质的固载量来放大电化学信号,进一步提高传感器的灵敏度。基于此考虑,本文就金属纳米材料为氧化还原探针、电催化剂和纳米载体等方面开展了研究工作并构建了一系列高灵敏的电化学生物传感器。主要研究工作如下：1.银-氧化石墨烯纳米复合物为氧化还原探针构建免标记型电化学免疫传感器本研究工作利用银-氧化石墨烯(Ag-GO)纳米复合物为氧化还原探针发展高灵敏的甲胎蛋白(AFP)免疫传感器。首先将银纳米粒子原位还原至氧化石墨烯上制得Ag-GO纳米复合物,并将其分散在Nafion中得到Ag-GO-Nf,再将此纳米复合物滴涂在金电极上并晾干。然后,以电化学沉积的方式组装金纳米粒子(AuNPs)并吸附甲胎蛋白抗体(anti-AFP)。最后,用牛血清白蛋白(BSA)封闭非特异性结合位点从而制得免标记型电化学免疫传感器。Ag-GO不仅具有好的生物兼容性和化学稳定性,还提供了一对很好的氧化还原峰。GO由于其大的表面积能够提高电子媒介体AgNPs的固载量,从而增强电化学信号和灵敏度。AuNPs由于强的导电性可能会放大电化学信号,进一步增强传感器的灵敏度。在最优的实验条件下,传感器用于AFP检测时表现一个宽的线性范围：0.01～100ng·L-1和低检测限：3pg-mL-1。因此,该传感器表现出制备简单,灵敏度高和令人满意的稳定性的优势。2.铂纳米粒子包覆的高含量血红蛋白球复合物为信号标签和电催化剂构建高灵敏的电化学适体传感器此研究工作基于铂纳米粒子包覆的高含量血红蛋白球(PtNPs@Hb)的直接电化学和电催化活性,建立了一个用于灵敏检测凝血酶(TB)的夹心型电化学适体传感器。PtNPs@Hb作为标签被用来标记凝血酶适体(TBA),并用BSA封闭铂纳米粒子上活性位点从而获得PtNPs@Hb-TBA-BSA生物共轭探针(第二适体)利用TB与TBA的特异性识别作用并结合固定在电极表面的TBA,可将PtNPs@Hb-TBA-BSA捕获至电极表面从而形成夹心式传感系统。Hb由于其在电极上的直接电子转移产生了可检测的电化学信号,使得该体系中无需引入电子媒介体而简化了传感器的制备。其次,Hb球的高装载量可以增强电化学信号和灵敏度。再者,Hb和PtNPs可协同电催化H2O2而显著放大电化学信号,从而提高传感器的灵敏度。在最佳条件下,该传感器用于TB检测时展现了较宽的线性范围：0.15pmol·L-1～40nmol·L-1,低的检测限：0.05pmol·L-1.该免媒介型的高灵敏电化学适体传感器在便携和经济有效的凝血酶传感设备应用方面具有极大的潜能。3.树枝状聚合物修饰的多孔铂纳米管为纳米载体和电催化剂构建酶信号放大的电化学适体传感器本体系利用树枝状聚合物修饰的多孔铂纳米管(PtNTs-PAMAM)为纳米载体和电催化剂,结合(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷溶胶-辣根过氧化物酶(MPTSsol-HRP)生物复合物构建高灵敏的电化学凝血酶适体传感器。多孔PtNTs具有大的表面积和类似过氧化物酶的电催化活性。将其与富含氨基的PAMAM结合得到的PtNTs-PAMAM被用作优良的纳米载体来固载甲苯胺蓝(Tb)和TBA,用BSA封闭后可得到PtNTs-PAMAM-Tb-TBA-BSA生物共轭探针(第二适体)。适体传感器的敏感界面则是通过在裸的玻碳电极表面逐步组装AuNPs、MPTSsol-HRP、AuNPs而获得,并用于固定TBA。同样基于夹心结构复合物(TBA/TB/PtNTs-PAMAM-Tb-TBA-BSA)的形成可将第二适体组装至电极上,使电极呈现Tb的特征电化学信号。本体系中PtNTs-PAMAM具有大的表面积和众多活性结合位点可高效固载Tb和TBA,从而增强电流的响应信号而提高灵敏度。其次,多孔PtNTs和HRP对H202还原的协同电催化效应显著放大了电化学信号,使得灵敏度进一步提高。因此,该电化学适体传感器用于凝血酶检测时,检测限低至0.03pmol·L-1。
【作者】伍永梅；
【导师】许文菊；
【作者基本信息】西南大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】银纳米粒；子铂纳米粒子；多孔铂纳米管；电化学生物传感器；高灵敏；

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