基于纳米材料新型电化学传感器的制备及其在生物样品分析中的应用研究

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2、胞损伤小等特点,电化学生物传感器在医药工业、食品检测和环境保护等诸多领域有着广阔的应用前景。近年来,随着材料科学、化学、物理学等学科的发展,纳米材料因具有特殊的结构效应,如小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等,使其在许多领域得到了广泛应用。目前,采用纳米材料构建新型的电化学生物传感器日益成为研究热点。纳米材料应用于电化学生物传感器领域后,不仅提高了传感器的检测性能,而且使传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高,检测时间也得以缩短,并且可实现高通量的实时分析检测。本论文的工作主要集中在将纳米技术和电化学传感技术相结合,

3、开发了基于纳米材料的新型电化学生物传感器并将其用于检测水体中大肠杆菌和细胞表面的多聚糖。该传感技术为水体中大肠杆菌的快速检测提供了新方法,同时也为肿瘤疾病的早期诊断及治疗提供了新途径。具体研究内容如下：第一部分：Cu@Au复合纳米粒子标记抗体的电化学免疫方法用于水体中大肠杆菌的快速检测本文制备了Cu@Au复合纳米粒子,并将其用于标记大肠杆菌抗体,利用电化学免疫技术实现了对水体中大肠杆菌的快速检测。Cu@Au复合纳米粒子具有优良的生物相容性、电化学活性和稳定性。与单独的金纳米颗粒相比,Cu@Au复合纳米粒子作为抗体标记物大幅提高了电化学检测的灵敏度。在实验过程中,首先将大肠杆菌吸附

4、在聚苯乙烯修饰的ITO导电玻璃表面,利用抗体和大肠杆菌之间的免疫反应把Cu@Au复合纳米粒子标记的抗体结合在ITO导电玻璃表面。将Cu@Au复合纳米粒子在溴氢酸中氧化为离子形式,然后用阳极溶出伏安法定量检测溶液中的Cu2+。为了提高检测灵敏度,采用Nafion/汞膜修饰的玻碳电极(GCE/Nafion/Hg)作为工作电极,Cu2+的检测限可达9.0×10-12M。结果表明,在50cfu/mL～5.0×104cfu/mL浓度范围内,铜的响应电流与大肠杆菌浓度的对数呈线性关系,检测限为30cfu/mL,总的分析时间为2h。将研究的电化学免疫方法用于地表水中大肠杆菌的测定,通过对实际水

5、样进行预富集,能够检测到大肠杆菌的浓度为3cfu/10mL。第二部分：基于磁性高分子微球的电化学DNA生物传感器用于水体中大肠杆菌的检测本文研制了一种新型的基于磁性高分子微球的电化学DNA生物传感器,并将其用于水体中大肠杆菌的检测。以海藻酸包裹钴的磁性高分子微球作为DNA探针的固体基质,根据大肠杆菌细胞体内uidA基因合成了特异性的DNA序列,制备了用于大肠杆菌检测的DNA探针。利用透射电镜技术对制备的磁性高分子微球进行了表征,并通过红外光谱法证实了特定DNA序列与磁性高分子微球的成功连接。在DNA杂交前后,分别对嵌入式杂交指示剂柔红霉素进行电化学测定,根据电化学信号的变化对目标

6、DNA进行检测。采用非互补DNA序列、三个碱基错配的DNA序列及完全互补DNA序列验证了DNA探针的选择性。实验过程中利用聚合酶链反应(PCR)技术提取了大肠杆菌细胞体内uidA基因片断,并用电化学DNA生物传感器对经过热处理后的PCR产物和水体中大肠杆菌进行了测定。结果表明,本文研制的电化学DNA生物传感器可以检测到0.30nM完全互补DNA序列和0.50ng/μL的PCR产物,对大肠杆菌的检出限为50cfu/mL。第三部分：基于二茂铁修饰氧化锌纳米棒的信号放大策略用于水体中大肠杆菌的电化学免疫检测本文将大肠杆菌检测抗体(dAb)和二茂铁(Fc)共同修饰于氧化锌纳米棒(ZnON

7、Rs)表面制备了{dAb-ZnO-Fc}生物复合物,并将其用于水体中大肠杆菌的电化学免疫检测。采用BCA蛋白测定法(BCAproteinassay)和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)分别对检测抗体和二茂铁在氧化锌纳米棒上的最优配比进行了研究。该生物复合物利用二茂铁作为电活性物质产生电信号,检测抗体用于免疫结合大肠杆菌。采用“三明治”夹心结构,首先将捕获抗体固定在巯基乙酸修饰的金电极表面,然后通过免疫反应结合大肠杆菌,进而吸附{dAb-ZnO-Fc}生物复合物,最后