基于聚硫堇与纳米复合材料的电化学生物传感器的研究

摘要

近年来，构建无电子媒介物的直接电化学酶传感器－第三代酶传感器和高灵敏电化学免疫传感器引起了人们的浓厚兴趣。直接电化学酶传感器的构建方法一般是将酶采取化学修饰或连接到预先用电子媒介聚合物修饰的电极上。然而，常见的电子媒介体存在电子传导效率低、易于溶解泄露等问题。随着纳米材料及其制各技术的快速发展，许多性能优良的纳米材料被广泛用于电化学传感器领域的研究。金纳米颗粒(GNP)作为一种优良的纳米材料，能为酶与电极之间提供一种电子通道和适宜的微反应环境；碳纳米管(CNT)作为另一类高品质的纳米材料，具有独特结构和奇异电化学催化特性；为发展新型直接电化学酶传感器提供了可能性。此外，将抗原／抗体之间结合所产生的电化学信号进行放大在制备高灵敏电化学免疫传感器方面具有相当重要的意义。本论文首先通过在电极表面电聚合硫堇，以此作为功能膜基质组装纳米金颗粒与羧基化碳纳米管复合材料，借助聚硫堇(PTH)膜的高电子传递性能以及两种纳米材料的协同效应，发展了一种新的直接电化学传感平台的构建方法，并分别用于制备电流型酶传感器和酶免疫传感器(第2、3章)；然后，利用纳米多孔金界面的高效固定化性能，并结合生物素-亲和素系统(BAS)和酶催化底物沉淀两种信号放大手段，发展了一种高灵敏的阻抗型免疫传感器。具体内容如下： (1)采用电聚合手段在玻碳电极(GCE)表面制备PTH基质膜，以碳二亚胺(EDC)和N一羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)活化CNT_k经酸处理后获得的羧基，然后将其与GNP按一定比例混合，滴加于PTH修饰的电极表面，借硫堇膜上富含的氨基基团实现对二元纳米复合材料的化学组装，发展一种稳健的PTH-CNT-GNP传感界面，用于固定辣根过氧化物酶(HRP)。结果表明，这种复合纳米材料不仅增加了酶的固定化效率，而且加快了酶促反应的电子传递速度。此外，对采用PTH-CNT-GNP界面的传感器的电子传导能力进行了电化学表征，并分别同单独应用CNT或GNP或戊二醛交联法的常规传感界面进行了比较。结果表明，通过采用纳米复合材料构建而成的酶传感器的分析灵敏度可提高3.5～14.0倍，同时该酶传感器还表现出良好的重现性和稳定性，检测H202的线性范围达5.0×10-6～7.0×10-3mol/L。 (2)以上述传感界面固定免疫活性物质，发展了一种无电子媒介的酶免疫传感器。比较了电极分别采用CNT／GNP复合纳米材料和CNT(不引入GNP)界面的免疫传感性能，发现采用本界面的传感器较优。以人IgG免疫体系为例，采用此界面固定人IgG抗体于电极上，并以夹心方式识别人IgG抗原，并通过直接响应酶标二抗上酶催化H202的还原电流信号，实现了对样品中人IgG抗原浓度的灵敏测定。此外，采用甘氨酸-HCl缓冲液洗涤使用后的传感器，可有效解离电极表面的免疫复合物，从而实现传感器的重复使用。 (3)发展了一种基于BAS和酶催化底物沉淀两种信号放大技术的高灵敏的阻抗型免疫传感器。首先通过电化学沉积技术在GCE表面得到的纳米多孔金膜，然后利用该界面对免疫活性物质的高效固定化性能，将羊抗人IgG抗体直接吸附固定于GCE表面，通过免疫夹心反应结合生物素标抗体-辣根过氧化物酶标亲和素复合物(ABC)，进而引入辣根过氧化物酶(HRP)催化H202氧化3，3′-二氨基联苯胺(DAB)在GCE表面形成不溶性沉积物，使得传感器的响应信号递级放大，从而实现对人IgG抗原的高灵敏检测，检测下限为2.2pg/mL。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1酶传感器

1.1.1电化学酶传感器

1.2酶传感器制作中的生物分子固定化新技术

1.2.1纳米技术

1.2.2分子自组装固定化技术

1.2.3树枝状化合物的放大技术

1.2.4溶胶-凝胶固定化技术

1.2.5酶的定向固定化技术

1.2.6聚电解质吸附组装技术

1.2.7提高酶传感器综合性能的其它技术

1.3本研究工作的构思

第2章基于聚硫堇与碳纳米管/纳米金复合材料的直接电化学酶传感器的研制

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2碳纳米管的活化

2.2.3电聚合硫堇

2.2.4四种不同的酶电极的制备

2.2.5电化学测量方法

2.3结果与讨论

2.3.1 PTH-CNT-GNP酶电极的构建

2.3.2不同传感平台的电化学表征

2.3.3不同传感器的电流响应性能

2.4小结

第3章基于碳纳米管/纳米金复合材料的无电子媒介的酶免疫传感器的研制

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2基于CNT-GNP的酶免疫传感器

3.2.3电化学测量

3.2.4免疫传感器的更新

3.3结果与讨论

3.3.1传感界面的构建

3.3.2不同传感界面的响应性能比较

3.3.3分析条件的优化

3.3.4免疫传感器分析性能的考察

3.4小结

第4章基于两种信号放大技术的的高灵敏的阻抗型免疫传感器的研制

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2免疫传感器的制备

4.2.3免疫反应的检测

4.3结果与讨论

4.3.1原理

4.3.2电化学特征

4.3.3抗体的固定化条件

4.3.4非特异性吸附

4.3.5 IgG的检测

4.4小结

结论

参考文献

致谢

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