基于量子点电致化学发光及信号放大技术的生物传感分析研究

摘要

近年来，研究人员投入了大量的精力致力于构建高效的生物传感器以实现对多种肿瘤标志物的灵敏检测，设计了诸如结合表面增强拉曼光谱、电化学发光、荧光、电化学和光电化学等技术的生物传感器。其中，基于量子点的电化学发光生物传感分析因其灵敏度高、线性范围宽、背景信号低等优势引起了越来越多的研究兴趣。本文主要探究了基于量子点探针以及各种酶辅助的循环放大技术的电化学发光生物传感方法，实现了对miRNA，CEA以及ATP的高灵敏检测。 本文主要从以下几个方面进行了研究： 1. 本工作设计了一种基于目标引发酶辅助循环放大反应和DNA walker技术的电致化学发光传感器，实现了对目标miRNA的高灵敏检测。当目标miRNA-21存在时，形成三叉DNA结构并引发酶辅助的多重循环放大反应，最终生成大量的trigger。由于 trigger DNA 与电极表面的blocking DNA 杂交结合，释放出来DNA walker，并与电极上的量子点探针杂交结合，生成Nt.BbvCI的特异性识别剪切点。该过程中，剪切酶为DNA walker在电极上特定路径的运动提供了源源不断的动力。因此，一个DNA walker能自动剪切电极表面的多个量子点探针，引起放大的ECL信号变化。在10fM到100 nM范围内，ECL信号变化值与miRNA-21浓度的对数具有较好的线性关系，检测限为1.5 fM。 2. 设计了一种基于酶循环放大技术和脱氧核酶驱动的DNA walker的电化学发光生物传感器，实现了对CEA的高灵敏检测。当目标CEA与适体结合后，在引物、模板用下形成三叉DNA结构，在酶的辅助作用下进行聚合剪切、循环放大反应，产生大量的Walker产物链，其中包含DNAzyme的特定序列。当DNA walker与电极表面的CdSe 量子点信号探针杂交，利用Pb2+离子辅助DNAzyme为动力，循环剪切DNA信号探针，引起量子点ECL信号的明显降低。在检测物浓度为1.0fg/mL到100 ng/mL范围内，检测信号ECL的变化值与CEA的浓度的对数呈线性关系，检测限为0.21 fg/mL。 3. 设计了一种基于银纳米簇双重猝灭效应和多重循环放大技术的电化学发光生物传感器，实现了对ATP的超灵敏检测。当目标ATP与其适体结合后打开颈环，暴露的序列可以与模板DNA结合，在聚合酶和剪切酶的作用下实现多重循环放大反应，生成大量DNA产物链。同时，通过DNA模板原位合成了Ag NCs。通过循环产物DNA链将含有Ag NCs的DNA接到电极上，由于电极上CdS量子点与Ag NCs与之间的ECL能量转移以及Ag NCs对电极表面附近的共反应剂的消耗，实现了对电极上ECL信号的双重猝灭，在1.0 aM到1.0 pM的浓度变化范围之内 ECL信号变化值与检测物浓度的对数值呈良好的线性关系，检测限为0.27 aM。

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