基于苝酐和纳米材料构建的电化学发光生物传感器的研究

摘要

电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)是通过施加一定的电压使电极产物之间或产物与体系中某组分进行化学反应而产生的一种光辐射。它是电化学方法和化学发光法相结合的产物。该法不仅具有化学发光分析的灵敏度高、线性范围宽和仪器简单等优点,而且具有电化学分析控制性强、选择性好等优点。电化学发光生物传感器是应用电化学发光技术检测生物活性物质的手段,它具有灵敏度高、背景信号低、成本消耗小及操作简易等优点。半导体材料苝酐具有良好的物理和电化学稳定性,具有多孔结构,有利于电子的传输,呈现了优异的电化学发光特性。纳米材料由于比表面积大、导电性能好、生物活性高等特点在高灵敏的ECL生物传感器制备中起关键作用。利用苝酐和纳米材料研制高灵敏选择、快速有效的ECL生物传感器有着重要的理论意义和实际的应用价值。
　　 本论文主要从以下几个方面开展研究工作:
　　 1.基于联吡啶钉固载于Naflon/PTC-NH2复合膜的新型毛细管电泳.固态电化学发光药物传感器的研究
　　 通过离子交换和电静力相互作用,Nafion/PTC-NH2复合膜可有效地同载发光试剂三联吡啶钌(Ru)。和NafionfRu复合膜相对比,研究了Nafion/PTC-NH2/Ru复合膜的循环伏安(CV)和电化学发光(ECL)行为,结果显示Nafion/PTC-NH2瓜u复合膜具有更强的ECL响应信号、较好的稳定性和简易的操作性能。随后,基于此而构建的新颖的毛细管电泳一固态电化学发光(CE-固态ECL)传感器被成功应用于槐属-喹诺里西啶类-生物碱类药物:槐定碱(SR)和苦参碱(MT)的分离和测定。优化了影响分离和检测的CE-ECL参数。在最优条件下,SR的检测线性范围是2.5×10-8～2×10-6 mol·L-1,MT的检测线性范围是1.0×10-8～1.0×10-6 mol·L-1。检测下限(S/N=3)分别为5×10-9 mol·L-1和1.0×10-9 mol·L-1。与其它分析方法相比,该CE-固态ECL药物传感器呈现了令人满意的分析灵敏度。
　　 2.基于苝四甲酸二酐膜的电化学发光免疫传感器的研究
　　 本文研究了3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)膜在共反应试剂过硫酸根(S2O82-)存在下的电化学发光(ECL)行为并将其成功应用于甲胎蛋白(AFP)的超灵敏检测。在S2O82-溶液中,CS-PTCDA复合膜显示了强烈的电化学发光信号和良好的稳定性,而这为构建高灵敏度ECL生物传感器带来了很大的希望。在此,通过多壁碳纳米管.聚苯胺(MWCNT-PANI)纳米复合物及金纳米粒子(GNPs)与CS-PTCDA复合膜的结合作用,我们设计了一个新颖的策略以放大PTCDA的ECL强度从而提高检测灵敏度。这一基于PTCDA ECL的免疫传感器具有成本低廉、操作简易、灵敏度高和毒性低等优点,其用于检测AFP时呈现了较宽的线性范围0.0001～10 ng·mL-1和相对较低的检测下限33 fg·mL-1。本研究工作表明PTCDA膜是用于免疫分析的一个有潜力的ECL探针且具有潜在的应用前景。
　　 3.基于苝酐0纳米金复合物标记抗体的夹心式电化学发光免疫传感器的研究
　　 本研究工作制备了强电化学发光性能的苝酐-纳米金复合物(PTCGNPs),并将其作为二抗标记物构建了新颖的高灵敏的夹心式电化学发光免疫传感器。石墨烯/沉积纳米金用于增加导电性和作为固载基质。应用高发光效率的PTCGNPs标记抗体而得的生物耦合物探针电化学发光性质优良、生物兼容性及稳定性较好。由此制备的传感器应用于检测甲胎蛋白时的线性范围为0.001～50 ng·mL-1,检测下限为0.33 pg·mL-1。该传感器制备简单,成本低廉,且显示了较高的灵敏度、较好的选择性,实现了对蛋白质的定量分析测定。