复合纳米材料标记信号分子的放大效应研究与生物传感器构建

摘要

肿瘤标志物的早期检测对于癌症的诊断、疾病的诊疗来说至关重要，对于病理研究来说也提供了一个很好地机会，为此全球各个国家均把攻克癌症作为一项重要任务。各国的生物学家、医学家及科技工作者均将工作重心放置于此，对各种方法进行改革、创新以达到对癌症的早期、准确、快速检测。然而，就当前的国际发展形势而言，很多边远地区发展中国家对于支付价格昂贵且需要专业技术人员操作的各种大型仪器有很大的困难。因此，构建操作简单、价格低廉、体积小但灵敏度高、准确性好的便携式生物传感器成为各国科技工作者的工作方向，亦为我们的研究工作指明了前进的道路。
　　本文结合课题组在电化学、电化学发光生物传感器方面的基础研究工作，引入刚刚发展起来的光致电化学检测方式，以自行设计制作简便、廉价、便携式的检测池或传感器件为目标，制备了多种复合纳米材料并将其应用于传感器的信号放大以提高灵敏度，同时自制了便携式变压器和多通道复用开关以实现低成本、高通量即时检测。三年来主要开展了以下四个方面的研究工作:
　　(1)在纸上生长ZnO纳米线，以此为基础创新性地制备了纸基廉价、便携的LED阵列，并将其作为光源应用于光致电化学免疫分析中。该方法联用了光致辐照和电化学检测手段，使其集合了光学的高选择性与电化学的高灵敏性于一体。由于激发源为光信号，检测信号为电信号，二者是完全不同的物理量，没有任何交叉，使其具有极高的灵敏性与极低的背景噪声。该光源不仅成本低，而且容易折叠，具有便携式的优点，在将来的分析应用中具有广泛的前景。
　　(2)通过一种简便的水热法制备了负载于石墨烯表面的花状的二氧化锰(GS/MnO2)，在其表面沉积一层金纳米颗粒(AuNPs)以后应用于固载信号分子，实验过程中利用MnO2高催化活性催化溶液中的双氧水产生氧气，并与溶液中的S2O82-反应产生电化学发光(ECL)信号。基于以上原理构建了可应用于对癌胚抗原高灵敏、低成本、快速检测的生物传感器。
　　(3)以碳量子点包覆的SiO2作为电化学发光试剂，独创性的设计了以自制变压器为动力和自制多路复用开关结合的两电极电化学发光传感器，采用空间隔离策略实现了无需电化学工作站，导电玻璃上多组分同时检测的多通道的随意转换，解决了低成本、高通量检测的难题。
　　(4)以CdTe量子点功能化的多孔PtRu合金为载体固定信号分子，并通过夹心法将其连接于壳聚糖功能化的Fe3O4磁性材料表面，自行设计了充分利用磁性材料易于分离富集特点的电化学发光检测池，并且应用于HCG-Ag的检测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米材料

1．1．1 碳基纳米材料

1．1．2 贵金属纳米材料

1．1．3 金属氧化物

1．1．4 无机荧光纳米材料

1．2 生物传感器

1．2．1 生物传感器的原理

1．2．2 生物传感器的种类

1．2．3 检测池

1．3 检测方法

1．3．1 比色检测法

1．3．2 电化学检测法

1．3．3 化学发光检测法

1．3．4 电化学发光检测法

1．3．5 光致电化学检测法

1．3．6 质谱分析检测法

1．4 本文研究思路

第二章 便携式LED阵列在基于功能化的碳纳米管放大效应的多通道光致电化学免疫分析中的应用

2．1 实验部分

2．1．1 主要试剂

2．1．2 主要仪器

2．1．3 三维纸基光致电化学检测池的设计与制备

2．1．4 ZnO纸的制备

2．1．5 LED阵列的制备

2．1．6 合成碳量子点

2．1．7 传感器阵列的制备

2．1．8 光致电化学检测

2．2 结果与讨论

2．2．1 结构表征

2．2．2 LED的发光原理

2．2．3 碳量子点的表征

2．2．4 传感器的性能表征

2．2．5 交叉反应的考察

2．2．6 分析检测性能

2．2．7 样品测定

2．3 小结

第三章 负载于石墨烯表面的纳米花状的MnO2的制备及其在免疫分析中放大效应研究

3．1 实验部分

3．1．1 主要试剂

3．1．2 主要仪器

3．1．3 氧化石墨烯(GO)和石墨烯(GS)的合成

3．1．4 GS／MnO2的制备

3．1．5 多孔金的合成

3．1．6 Au NPs的制备

3．1．7 制备Ab2／AuNPs／PDDA-GS／MnO2

3．1．8 免疫传感器的构建及应用

3．2 结果与讨论

3．2．1 材料测试及结构表征

3．2．2 AuNPs／PDDA-GS／MnO2的表征

3．2．3 传感器的ECL和电化学行为

3．2．4 条件优化

3．2．5 不同标记物标记时的信号比较

3．2．6 交流阻抗表征

3．2．7 传感器的循环伏安表征

3．2．8 传感器的分析性能

3．2．9 重现性、特异性和稳定性

3．2．10 样品测定

3．3 小结

第四章 基于碳量子点包覆的二氧化硅的多通道电化学发光免疫分析传感器的设计与应用

4．1 实验部分

4．1．1 主要试剂

4．1．2 主要仪器

4．1．3 流动注射电化学发光检测池的制备

4．1．4 制备碳量子点包覆的二氧化硅微球

4．1．5 信号分子的标记

4．1．6 传感器阵列的制备

4．1．7 高通量检测

4．2 结果与讨论

4．2．1 多通道检测策略

4．2．2 C-dots@SiO2的表征

4．2．3 传感界面的表征

4．2．4 反应条件的优化

4．2．5 交叉反应的考察

4．2．6 线性范围和检出限

4．2．7 重现性和稳定性

4．2．8 样品测定

4．2．9 ECL机理

4．3 小结

第五章 壳聚糖功能化磁性材料在电化学发光免疫分析传感器中的放大效应研究

5．1 实验部分

5．1．1 主要试剂

5．1．2 主要仪器

5．1．3 流动注射检测池的制备

5．1．4 Fe3O4／CS的制备

5．1．5 制备多孔PtRu合金

5．1．6 制备CdTe量子点功能化的PtRu

5．1．7 ECL传感器的制备

5．1．8 传感器检测过程

5．2 结果与讨论

5．2．1 自制检测池的特点

5．2．2 Fe3O4／CS的结构表征

5．2．3 CdTe量子点以及QDs@PtRu的表征

5．2．4 反应条件的优化

5．2．5 传感器的分析性能

5．2．6 传感器的重现性、特异性和稳定性

5．2．7 样品测定

5．2．8 反应机理探讨

5．3 小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

附录