氧化石墨烯以及金/银纳米粒子在SPR传感器中的应用

【摘要】在过去的几十年里，SPR生物传感器已经成为制药和生物医学发展中研究生物分子相互作用不可或缺的工具。然而，对于发生在传感表面的低浓度分析物引起的微小折射率变化，SPR检测技术的灵敏度有待于进一步提高。研究者们已经探索了许多新颖的材料以改进SPR传感器传感结构和性能，例如金纳米粒子、磁纳米粒子、ZnO–Au纳米复合物、碳纳米管、功能化的聚对二甲苯薄膜等。长期以来，提高灵敏度的方法多集中在建立金/银等贵金属纳米粒子修饰的传感基底。金/银等贵金属纳米粒子有着容易制备和易修饰的特点。传感器中金/银镀层和贵金属纳米粒子能够发生强烈的电磁耦合共振，引起极大地磁场增强和灵敏度的提高。研究证明，纳米粒子的形貌在检测灵敏度的提高中起着关键的作用。带有尖端的纳米粒子（纳米三角片，纳米双锥等）对周围介质折射率的变化有着更高的灵敏度。银三角纳米片的三个尖端显著地改善了它们的光电性质，这些尖端充当电磁热点，有利于更大程度的表面电荷极化和局域电场强度增强，进一步提高了检测过程中的灵敏度。在本文中，我们制备了粒径范围在30±10nm的银三角纳米片，并将其用于SPR传感器提高灵敏度。将银三角纳米片与壳聚糖溶液混合之后，通过戊二醛交联形成银三角/壳聚糖复合物。采用旋涂的方式将所制备的复合物沉积在SPR金膜上。在经过24h的干燥以后，该芯片可用于制备敏感膜。由于戊二醛的存在，该基底可直接用于抗体的固定，简化了抗体的固定步骤。此外，所制备基底中的银三角纳米片有力地放大了目标抗原的响应信号，改善了传感器的性能。同时，我们还考察了所提出传感器的稳定性，实验证明该传感芯片可以重复使用五次以上。氧化石墨烯（GO）是强氧化的、高度亲水的片状材料。它的平面结构上具有大量的含氧功能基团。因此，GO能够通过共价、非共价、静电吸附的方式与众多生物分子结合在一起。由于GO大的比表面积、良好的稳定性、生物相容性和显著的荧光淬灭能力，基于GO的传感器已成功应用于检测单链DNA、金属离子、活细胞和伤寒沙门氏菌。金纳米棒，不同于传统的球状金纳米粒子，具有更加独特的性质，如光热、光电和分子生物学性质。更重要的是它具有可调的表面等离子共振的特性，随着金纳米棒长宽比的变化，表面等离子体共振波长在550nm到1550nm范围内连续可调。在本文中，我们制备了单层的GO，通过静电吸附将其固定在SPR金膜上。抗体包覆的金纳米棒通过希夫碱反应固定在GO上，在BSA封闭以后，即可对抗原进行检测。该设计很好地结合了GO的高负载率和金纳米棒的高灵敏度，改善了SPR传感器的性能，拓展了GO在生物传感中的应用。随后，我们又进一步地研究了金纳米双锥在SPR生物传感中的应用。我们采用种子生长法制备了金纳米双锥和金纳米棒，其中金纳米棒用于做对比实验。在本文中组建了四种不同的SPR传感器：传统的SPR传感器；基于GO的传感器；基于GO和金纳米棒的传感器；基于GO和金纳米双锥的传感器。实验结果证明了基于GO和金纳米双锥的传感器在以上四种组建的传感器中具有最高的灵敏度。因此，双锥形貌的金纳米粒子在传感器性能改进中起到了关键的作用。此外，本实验也证明了具有尖端的金纳米双锥在生物传感中有着巨大的应用潜力。最近，GO已经被广泛地用作纳米复合材料制备的基底。纳米粒子吸附在GO的表面，将会呈现出独特的催化、磁性、光电性质。因此，一系列的纳米粒子，例如Pb、Pt、Au、TiO2和Fe3O4纳米粒子已经被沉积到了GO表面。在本文中，我们制备了Au-GO纳米复合物并将其应用在SPR传感器芯片修饰中。将该复合物与SPA（StaphylococcalproteinA）溶液混合后，得到SPA包覆的复合物。由于SPA与金膜之间的作用力，该复合物可自行组装在SPR金膜上。同时SPA可直接对抗体进行定向固定，不影响抗体与抗原特异性结合的位点。所提出的检测方法中实验步骤得到了简化，避免了抗体固定过程中的化学修饰，在一定程度上提高了传感器的灵敏度。
【作者】张嘉；
【导师】宋大千；
【作者基本信息】吉林大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】生物传感器；表面等离子体子共振；氧化石墨烯；金/银纳米粒子；免疫测定；

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