基于纳米材料修饰的无标记传感器检测抗癌药物的研究

摘要

抗癌药是目前人类对抗恶性肿瘤的主要手段之一，但是，抗癌药在有效杀死癌细胞的同时，也对人体正常细胞造成一定损害，比如心脏毒性、肝脏毒性、髓毒性等。槲皮素是一种天然的黄酮类抗肿瘤化合物，它除了能够抑制多种肿瘤细胞的增殖以及抑制肿瘤细胞的转移以外，还可以逆转肿瘤细胞的多药耐药性，与其他药物联合应用能增强抗肿瘤作用。柔红霉素为蒽醌类非特异性抗癌药，可嵌入DNA链中阻碍DNA合成和依赖DNA的RNA的合成，是治疗白血病的基本
　　药物，另外广泛应用于恶性淋巴瘤等，年销售额达十亿。但其对心脏有剂量依赖型不可逆毒性，髓毒性等。在抗癌治疗过程中，若可以有效监测药物浓度，根据药代动力学数据使给药方案个体化、合理化，可最大限度的发挥抗癌药的药效同时减少其毒副作用。目前国内外对抗癌药制剂检测多采用HPLC方法，另外还有荧光法、毛细管电泳法等，不同的检测方法各有其优势及缺点。相比较之下，电化学传感器具有诸多优点:便携、快速、灵敏、经济等。因此制备出针对抗癌药的电化学传感器对药物浓度检测、临床药物使用具有重要意义。
　　介孔二氧化硅具有良好的生物亲和性以及较大的比表面积，其表面的硅羟基通过静电吸附作用结合到活化处理的玻碳电极表面，可增大电极有效表面积;β-环糊精作为超分子，被广泛用作药物分子包埋剂，其空腔可使蒽醌类抗癌药疏水端嵌入，从而产生很强的特异性电化学信号。金纳米粒子具有很好的介电特性、高比表面积、均一性，而且可以和巯基发生强烈静电作用，从而和含有巯基的电活性物质通过简单操作完成自组装，是很好的制备电化学传感器的纳米材料。
　　半胱氨酸是一种常见氨基酸，通过电化学方法形成的聚半胱氨酸高分子膜具有很好的生物兼容性和电催化活性;单壁碳纳米管是由单层碳原子形成的二维管状结构，具有很好的电子传导能力、比表面积、稳定性和生物亲和性。以电聚合的手段将单壁碳纳米管和半胱氨酸同时聚合到电极表面形成复合膜，可增大修饰电极的导电性和催化活性。基于以上特性，其在传感器领域有着广泛应用。
　　本论文主要研究工作为利用纳米材料介孔二氧化硅、单壁碳纳米管、金纳米颗粒等，结合层层自组装技术，研制出新型电化学传感器应用于抗癌药的检测。研究思路主要概括为以下两个方面:(1)利用SBA-15较大的比表面积、良好的生物兼容性和金纳米粒子促进电子转移的能力，结合新型的敏感元件，研制灵敏度高、稳定、抗干扰能力强的电化学传感器;(2)以聚半胱氨酸和单壁碳纳米管为基础材料，利用其良好的电催化活性研制了高灵敏槲皮素传感器。
　　本论文主要研究内容包括一下三部分:
　　(1)以介孔二氧化硅、超分子β-环糊精修饰玻碳电极制备出新型柔红霉素电化学传感器。采用X-射线衍射、原子力显微镜及场发射扫描电镜对所得修饰材料及修饰电极进行形貌表征;采用循环伏安法和电化学交流阻抗等方法研究修饰电极的电化学特性。由于介孔二氧化硅较大的比表面积和β-环糊精对柔红霉素的特异性结合，该修饰电极对于柔红霉素有较好的电流响应。在优化实验条件下，该传感器对柔红霉素的响应范围分为两部分:1.0×10-6～5.0×105mol/L，线性相关系数R=0.9950;5.0×10-5～2.5×10-4mol/L，线性相关系数R=0.9990。检测限为2.0×10-7mol/L(信噪比S/N=3)。
　　(2)利用电沉积法将金纳米粒子修饰到玻碳电极表面，巯基-β-环糊精通过金硫键自组装修饰到电极表面，制备出针对干扰物多的柔红霉素样品检测的高灵敏电化学传感器。以场发射扫描电镜表征电极的形貌，以循环伏安法、电化学阻抗等方法考察了修饰电极电化学特性，及DNR在修饰电极上的电化学行为。由于金纳米粒子的良好导电特性，使得电极具有较好的电子转移活性，该传感器对DNR表现了更好的灵敏性。在优化实验条件下，该传感器对柔红霉素的响应呈良好线性关系，线性范围为:1.0×10-7mol/L～1.0×10-5mol/L，包含两部分:1.0×10-7～1.0×10-6mol/L，线性相关系数R=0.9990;1.0×10-6～1.0×10-5mol/L，线性相关系数R=0.9985。检测限为5.0×10-8mol/L(S/N=3)。
　　(3)L-半胱氨酸和功能化的单壁碳纳米管(SWNT)通过电化学方法聚合到玻碳电极的表面形成高分子的聚合膜。SWNT及L-半胱氨酸的复合膜能促进电极-溶液界面的电活性，提高电极催化反应性能，选择性提高电化学响应的有效面积。制备的新型槲皮素电化学传感器，在最佳条件下对槲皮素的响应范围为1.0×10-7mol/L～2.0×10-4mol/L,相关系数为0.9990，检测限为2.0×10-8M(3倍信噪比)。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 抗癌药的发展应用及监测现状

1．1．1 蒽醌类抗癌药—柔红毒素

1．1．2 黄酮类抗癌药—槲皮素

1．2 电化学传感器

1．2．1 电化学传感器概述

1．2．2 常用于电化学修饰的纳米材料

第二章 基于介孔二氧化硅／β-环糊精修饰的柔红零素传感器

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2．2 实验试剂

2．2．3 实验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 逐层修饰电极的形貌及电化学表征

2．3．2 紫外-可见分光光度法表征柔红霉素与β-CD的结合

2．3．3 柔红霉素(DNR)在电极上的电化学行为

2．3．4 实验条件的优化

2．3．5 计时库仑法计算电极有效表面积

2．3．6 修饰电极对DNR的检测线及线性

2．3．7 修饰电极的重现性、稳定性及抗干扰实验

2．3．8 DNR传摩器的初步应用

2．4 小结

第三章 基于金纳米粒子／巯基-β-环糊精修饰的柔红霉素传感器

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验试剂

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 逐层修饰电极的形貌及电化学表征

3．3．2 柔红霉素在电极上的电化学行为

3．3．3 实验条件的优化

3．3．4 修饰电极对DNR的检测线及线性

3．3．5 修饰电极的重现性、稳定性及抗干扰实验

3．3．6 DNR传感器的初步应用

3．4 本章小结

第四章 基于聚半胱氨酸、单壁碳纳米管的修饰电极检测槲皮素

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验试剂

4．2．3 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 修饰电极的电化学表征

4．3．2 槲皮素在不同修饰电极上的电化学行为

4．3．3 实验条件的选择及优化

4．3．4 修饰电极对槲皮素的检测线及线性

4．3．5 修饰电极的重现性、稳定性及抗干扰实验

4．4 本章小结

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录

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