基于纳米材料构建生物传感器检测癌胚抗原和汞离子的研究

摘要

癌症是导致人类死亡最多的疾病，早期诊断和治疗癌症能有效提高患者的生存率。环境污染是诱发癌症的重要因素之一，因此，研制高灵敏度的用于临床检测肿瘤标志物和监测环境重金属离子的生物传感平台一直是众多学者的研究热点。本研究基于聚合物纳米球、贵金属纳米颗粒、磁性复合纳米材料等几种新型功能化纳米材料的制备及其构建性能良好的电化学生物传感器，用于检测癌胚抗原和重金属汞离子。研究目的是降低分析目标检测物的检测限，提高生物传感器的灵敏度。论文研究成果为电化学生物传感器的制备提供了新思路，为临床和环境中生物指标的检测提供实验依据。本论文共分为六章，主要研究内容及成果如下： 1.通过无限配位聚合反应在光照下一步合成二茂铁聚合物纳米球，并利用透射电镜，能量色散X射线光谱，红外光谱等表征其形貌和官能团特征。以其作为标记物修饰抗体分子，基于抗原-抗体特异性结合，在电极表面构建夹心式免疫分析模式，实现对癌胚抗原的检测。在最优的实验条件下，电化学信号随着抗原浓度的增加而增加，在0.01 ng mL-1-50 ng mL-1范围内呈现良好的线性关系，检测限是0.004 ng mL-1。该免疫传感器有效的实现了高灵敏度检测癌胚抗原。 2.采用沉淀法合成了一种壳聚糖修饰的碘化银（CS-AgI）纳米颗粒，利用透射电镜和傅里叶红外光谱法对合成的CS-AgI进行表征，颗粒呈球形，粒径约为100 nm。以 CS-AgI为信号标记物修饰 CEA抗体，采用夹心式免疫分析法在金电极表面制备一种高效、灵敏的电化学免疫传感器，采用电化学工作站定量分析检测癌胚抗原。其交流阻抗响应值与样品中的 CEA浓度的对数呈线性增加趋势，并在CEA浓度为0.1 ng mL-1-80 ng mL-1范围内展现出良好的线性关系,检测限达到0.05 ng mL-1，具有良好的特异性和稳定性。 3.通过简单的还原反应，在金纳米粒子表面沉积金属银，得到核壳结构Au@Ag纳米颗粒，并用脱氧核糖酶对其进行功能化修饰。通过透射电镜和紫外可见光谱对该合成的纳米材料进行表征。基于 T-Hg2+-T这一特殊结构，利用Au@Ag核壳纳米颗粒作标记物，构建高灵敏的适配体生物传感器，实现对 Hg2+的检测。在脱氧核糖酶的催化作用下，该传感器的灵敏度得到了极大的提高。在最优的实验条件下，采用方波伏安法检测生物传感器的电信号。生物传感器的电流强度随汞离子浓度的升高而增加，在0.002μg L-1到20μg L-1范围内呈现良好的线性相关性，检测限为0.006μg L-1。该生物传感器实现了对实际水样的精准检测。 4.采用共沉淀法来制备具有超顺磁性的Fe3O4纳米颗粒，然后以Fe3O4纳米颗粒为磁性核心，采用两相法在 Fe3O4磁性颗粒的表面包覆无孔 SiO2层，接着以氯化亚铈为无机铈源， CTAB为模板剂，通过沉积的方法在Fe3O4@SiO2纳米颗粒的表面负载氧化铈，最后采用丙酮除去模板剂得到具有介孔结构和核壳结构的磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2@CeO2。对该复合材料进行功能化修饰DNA和电活性物质，用以构建电化学DNA传感器，实现对 Hg2+的检测。由于 Fe3O4的磁性作用该纳米材料易于清洗和分离，同时由于CeO2的高效催化作用，使得传感器的灵敏度得到了极大的提高。该传感器的线性范围为0.05 nM-100 nM，检测限为0.001 nM。该适配体传感器具有较好的特异性，稳定性和重现性。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1生物传感器

1.2电化学传感器

1.3基于纳米材料的电化学传感器在环境污染物监测中的应用

1.4基于纳米材料的电化学传感器在肿瘤标志物监测中的应用

1.5 本论文的研究目的和主要内容

参考文献

第二章 基于聚合物纳米球构建的电流型免疫传感器对癌胚抗原检测的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果和讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 基于AgI模拟酶纳米材料构建阻抗型免疫传感器用于对癌胚抗原检测的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 基于脱氧核糖酶修饰的Au@Ag核壳纳米颗粒构建的电化学适配体传感器用于Hg2+检测的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4 DNA生物传感器的表现

4.5 DNA生物传感器的可逆性、稳定性、可重复性及选择性测试

4.6真实水样分析

4.7 本章小结

参考文献

第五章 基于Fe3O4@SiO2@CeO2磁性复合纳米材料构建电化学DNA传感器对Hg2+检测的研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 展望与建议

致谢

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