基于纳米材料构建的葡萄糖和伴刀豆球蛋白A电致化学发光生物传感器的研究

摘要

电致化学发光（electrochemiluminescence，ECL）是由电化学过程触发的一种特殊化学发光现象，其结合了化学发光分析与电化学分析的优点，例如宽的检测范围，易控的反应体系，短的时间消耗，高的灵敏度和信噪比。ECL已作为一种检测技术广泛应用于生物传感中。近年来，纳米材料因其独特的电化学性质，高的催化活性，大的比表面积和好的生物相容性等，在固定生物材料和电催化等领域得到了广泛的研究和应用。本论文主要是结合ECL生物传感器和纳米材料的这些特点，构建了一系列ECL生物传感器用于检测伴刀豆球蛋白A（Concanavalin A，Con A）和葡萄糖。
　　本文主要从以下三个方面展开研究工作：
　　1.基于葡萄糖和苯环化右旋糖酐对伴刀豆球蛋白A结合位点的竞争反应构建的新型无酶电致化学发光葡萄糖传感器
　　构建了一个基于葡萄糖和苯环化右旋糖酐（DexP）竞争伴刀豆球蛋白A（ConA）结合位点的新型无酶电致化学发光（ECL）葡萄糖传感器。首先，制备类石墨相氮化碳（g-C3N4）和芳香族化合物苝四甲酸（PTCA）的纳米复合材料（g-C3N4-PTCA），以其作为信号探针修饰于玻碳电极（GCE）上，进而通过π–π作用固定DexP。然后再通过DexP特异性吸附ConA。当修饰好的电极浸入葡萄糖溶液中时，葡萄糖便可以与DexP竞争ConA的结合位点，而葡萄糖显示出比DexP更强的结合ConA的亲和力。所以当葡萄糖的浓度增加时，更多的ConA会从电极上被带走，引起ECL信号的增强，从而实现了葡萄糖的检测。线性范围为1.0×10-10~5.2×10-5 mol·L-1，检测限为4.0×10-11 mol·L-1（S/N=3）。此外，该传感器还具有较高的选择性，较好的稳定性和重现性。该体系为无酶ECL葡萄糖传感器的构建提供了较好的平台。
　　2.基于Ag掺杂的g-C3N4的新型“on-off”电致化学发光传感器检测伴刀豆球蛋白A
　　在本工作中，成功构建了一个新型的“on-off” ECL生物传感器，以实现伴刀豆球蛋白A（ConA）的超灵敏检测。首先，将Ag掺杂的类石墨相氮化碳纳米片（Ag-g-C3N4）修饰在玻碳电极（GCE）上，获得强的初始ECL信号(“signal-on”)，并通过π-π相互作用固定苯环化右旋糖酐（DexP）。然后，目标物ConA通过特异性识别作用固定在DexP/Ag-g-C3N4修饰电极上。随后，将聚苯胺-3,4,9,10-苝四甲酸-DexP的复合物（表示为PANI-PTCA-DexP）作为ECL信号猝灭探针，通过碳水化合物-ConA之间的相互作用孵育到电极上，以获得“signal-off”态。这里，使用PTCA作为基质实现PANI和DexP的高固载，PANI作为Ag-g-C3N4体系的猝灭剂，DexP作为识别元件用于结合ConA。随着DexP，ConA和PANI-PTCA-DexP夹心结构的形成，得到一个理想的ECL猝灭信号。PANI对Ag-g-C3N4体系的猝灭效果正相关于ConA的浓度。使用这种“on-off”策略，ConA的检测线性范围为0.0010 ng·mL-1至50 ng·mL-1，以及低至0.00030 ng·mL-1的检测限。
　　3.基于金纳米粒子-氨基硫脲功能化的铂镍纳米立方构建的超灵敏电致化学发光传感器检测伴刀豆球蛋白A
　　本文基于过硫酸根-O2发光体系构建了一种三明治夹心构型的ECL生物传感器用于检测ConA。以金纳米花修饰的Zn掺杂的SnO2作基底，吸附识别元件辣根过氧化物酶（HRP）以结合ConA。然后，金纳米粒子-氨基硫脲功能化的铂镍纳米立方体（AuNPs-TSC-PtNi NCs）作为新的ECL信号探针，通过特定的碳水化合物-ConA作用被固定到电极上，从而获得夹心结构。TSC和PtNi NCs对过硫酸根-O2 ECL发光体系的放大效应赋予该生物传感器高的灵敏度。检测ConA的线性范围从0.0010 ng·mL-1至10 ng·mL-1，检测限为0.00020 ng·mL-1（S/N=3）。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 电化学发光分析

1.2 生物传感技术

1.3 纳米材料概述

1.4 葡萄糖生物传感器的研究概况

1.5 伴刀豆球蛋白A生物传感器的研究概况

1.6 本文研究思路

第2章 基于葡萄糖和苯环化右旋糖酐对伴刀豆凝集素A结合位点的竞争反应构建的新型无酶电致化学发光葡萄糖传感器

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第3章 基于Ag掺杂的g-C3N4的新型“on-off”电致化学发光传感器检测伴刀豆球蛋白A

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第4章 基于金纳米粒子-氨基硫脲功能化的铂镍纳米立方构建的超灵敏电致化学发光检测伴刀豆球蛋白A

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

作者部分相关论文题录

致谢