基于无机纳米材料构建夹心免疫传感器的研究

摘要

生物传感器是通过将生物物质的浓度用可以读出的电信号表示出来以达到对生物物质浓度进行测定的仪器。它综合了医学、化学和生物学等多学科的知识。因为具有成本低、制备简单并且灵敏度高等优点，所以广泛应用于医学检测和环境监测等领域。其中电流型免疫传感器是通过免疫反应前后电流的变化值来测定生物分子的浓度，具有可以进行在线活体分析等优点。构建免疫传感器的最关键之处是怎样将生物分子稳定，高活性的固载到电极表面，并能得到更大的催化电信号。
　　 纳米材料因为具有很大的比表面积，良好的吸附能力，生物相容性及电催化活性等特点，在近年的传感器研究中被广泛应用到。本论文正是基于这些纳米材料的这些优点，采用空心铂纳米微球、三维立体纳米金簇、纳米金/二氧化硅复合纳米材料、纳米金/壳聚糖复合膜、多壁碳纳米管等纳米材料，构建了一系列性能优良的夹心免疫传感器。并应用透射电镜(TEM)、电化学分析技术等对电极的制备过程，优化过程和性能进行了表征。主要的工作开展如下：
　　 1.基于葡萄糖氧化酶修饰中空纳米铂微球标记的夹心免疫传感器研究
　　 利用硼氢化钠法还原出空心纳米铂微球，纳米材料的强吸附性，与葡萄糖氧化酶连接，用以标记二抗。空心铂纳米微球具有比实心纳米铂更大的比表面积，使得其蛋白质分子的吸附能力得到很大提高；葡萄糖氧化酶和空心纳米铂的协同催化效应又极大地提高了催化电信号；以羧基二茂铁为氧化还原探针时，葡萄糖氧化酶对葡萄糖的电催化活性非常好。而固载一抗的基质是用PC模版在玻碳电极上电沉积氯金酸，用氯仿溶液将PC模版溶解后，得到簇状立体纳米金。由于簇状纳米金具有很大的比表面积，使得其固载的蛋白质量更多且更稳定。实验证明，该免疫传感器的灵敏度因此得到了提高。用该传感器对人绒毛促性腺激素进行检测，其线性范围为0.06 mlU·mL-1～200mIU·mL-1，检测下限达到0.01 mIU·mL-1。此外，该免疫传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性。
　　 2.多壁碳纳米管原位还原氯金酸用于抗体标记的夹心免疫传感器研究
　　 利用碳纳米管表面的羧基，与聚阳离子PEI能通过静电作用结合，而PEI中又富含还原性基团亚氨基，由此在碳纳米管表面将氯金酸原位还原为带正电荷的纳米金来标记葡萄糖氧化酶和二抗。葡萄糖氧化酶和癌胚抗体分子其等电点均小于5.0，pH大于5.0时，均带负电荷，通过静电作用可以提高酶和抗体蛋白分子的标记量，通过比较碳纳米管/葡萄糖氧化酶，纳米金/葡萄糖氧化酶的催化作用，可见多壁碳纳米管和纳米金复合物与葡萄糖氧化酶的协同催化作用得了更大的提高，免疫传感器的灵敏度也因此得到了提高。一抗的固载基质是玻碳电极上电沉积一层纳米金和壳聚糖的复合膜，增强了传感器的吸附能力、电子传输能力和生物相容性。实验表明，该传感器对癌胚抗原的检测范围为0.4～20 ng·mL-1，检测下限为0.05 ng·mL-1。
　　 3.基于中空纳米铂微球标记酶联抗体以放大信号的夹心免疫传感器的研究
　　 利用硼氢化钠还原法制备出空心纳米铂微球，将其与辣根过氧化物酶连接用以标记二抗。而一抗的固定基质是纳米金和二氧化硅复合物，所得到的复合粒子具有更好的吸附性和生物相容性，提高了抗体的固载量和保持了其生物活性。研究中比较了空心纳米铂和实心纳米铂对过氧化氢的电催化活性，结果显示空心纳米铂的催化性能更好，更能提高电极的灵敏度。实验中对条件进行优化，在最佳条件下对癌胚抗原进行检测，其电极的线性范围为0.02～120 ng·mL-1，检测下限为12pg·m-1，其线性范围更宽，检测下限更低。