基于Ru(bpy)32+复合纳米材料构建信号增强型及信号减小型电致化学发光适体传感器的研究

摘要

电致化学发光(ECL)是将电化学与化学发光相结合的一种技术，具有高的灵敏度和宽的浓度响应范围。将电致化学发光分析技术与生物传感器相结合的电致化学发光生物传感器具有良好的选择性、高的灵敏度、简单的操作、易于实现微型化等优点。近年来，用适体作为电致化学发光传感器的识别元件来构建电致化学发光适体传感器，已经成为了发展十分活跃的研究领域。其中，在电致化学发光适体传感器的构建中，Ru(bpy)32+因其众多的优点常作为一种电致化学发光试剂，然而，Ru(bpy)32+因其水溶性较好而难于固载。基于此，本文合成了新型的Ru(bpy)32+的复合纳米材料作为固载基质或信号探针提高了电致化学发光的发光效率，构建了信号增强型和信号减小型的电致化学发光适体传感器用于检测凝血酶(TB)。本论文的研究工作主要分为以下几部分：
　　1.基于Hemin和Au@CeO2纳米颗粒高效淬灭Ru-PEI-PAA纳米复合物电致化学发光构建凝血酶适体传感器
　　本研究合成了Ru-PEI-PAA纳米复合物作为固载基质，克服了Ru(bpy)32+水溶性好难于固载的缺点，从而获得较高的初始发光信号来构建信号减小型的电致化学发光适体传感器。基于含有胺基的高分子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)作为Ru(bpy)32+的一种共反应试剂，通过带羧基的丙烯酸(AA)与带胺基的PEI之间的静电吸附形成均一的混合溶液。在过二硫酸钾(K2S2O8)的引发作用和戊二醛(GA)的交联作用下，Ru(bpy)32+溶液与AA和PEI的混合溶液发生反应生成Ru-PEI-PAA纳米材料。将合成的Ru-PEI-PAA纳米材料作为固载基质，基于hemin和Au@CeO2纳米颗粒共同淬灭Ru(bpy)32+的电致化学发光，构建了信号减小型的电致化学发光适体传感器用于检测TB。该适体传感器对TB的线性响应范围在1×10-13-1×10-8mol L-1之间，检测限为0.03pmol L-1。
　　2.基于聚乙烯亚胺和氨基硫脲作为共反应试剂构建可再生的Signal-on型电致化学发光适体传感器
　　传感器的再生性能是评估其是否具有实用价值的一个指标，但传统的再生试剂中高浓度的酸、碱、电解质溶液可能会破坏捕获探针或者修饰电极表面的活性，因此本研究中通过适体链的构型变化来构建可再生的适体传感器。在之前工作的基础上，通过改变实验条件，我们合成了Ru-PEI-PAA纳米球作为信号探针。基于夹心策略法，以TB为目标检测物构建了信号增强型的电致化学发光适体器，该适体传感器对TB的响应范围在1×10-5nmol L-1-0.1nmol L-1之间。此外，通过适体链的构型变化可实现传感器的多次再生，较传统的再生方法而言，此方法具有较高的均一性可被广泛应用。
　　3.基于多孔的三层复合微球作为多功能矩阵构建了简单灵敏的Signal-on电致化学发光适体传感器
　　多孔的纳米球具有大的比表面积，可作为固载基质吸附大量的适体链。本研究中我们合成了AuNPs@SnO2@Fe3O4三层复合微球作为多功能矩阵，该三层复合微球不仅具有大的比表面积可吸附大量的适体链而且提供SnO2纳米颗粒作为Ru(bpy)32+的共反应试剂增强其电致化学发光信号。以Fe3O4微球为模板，在尿素的作用下，提供了碱性环境来刻蚀Fe3O4微球表面同时生成的大量SnO2纳米颗粒沉积在多孔的Fe3O4微球表面。基于AuNPs@SnO2@Fe3O4三层复合微球作为多功能矩阵，构建了简单灵敏的Signal-on电致化学发光适体传感器检测TB。该适体传感器在1×10-5nmol L-1-10nmol L-1之间有较宽的线性响应范围，检测限为3.0fmol L-1。该方法可被广泛用于生物传感器的制备来检测其他生物分子。