生物小分子电化学和光化学检测方法的研究

摘要

生命体内含有多种具有生物活性的小分子，它们与生物体的新陈代谢等生命活动息息相关。当生命体内它们的含量出现异常时，往往意味着疾病的发生，因此检测该类具有生物活性的小分子对疾病早期预警及诊断有着重要的意义。基于化学修饰电极的电化学和光化学检测方法具有操作简便、价格低廉和响应快等优点，本研究采用层层自组装技术（Layer-by-Layer, LbL）构筑了两种化学修饰电极用于多巴胺（DA）和抗坏血酸（AA）、半胱氨酸（Cys）的快速分析，并制备出一种沸石咪唑酯骨架结构材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs）的新型光学探针的应用于Cys快速检测，具体研究内容如下：
　　（1）采用 LbL技术将杂多酸磷钼酸（PMoA）和聚乙烯亚胺（PEI）配伍，组装于氧化铟锡导电玻璃（ITO）表面。采用循环伏安法（CV）对所制备化学修饰电极的电化学行为进行了系统评价。并成功利用PMoA的氧化还原性质，实现氧化性小分子过氧化氢（H2O2）、碘酸钾（KIO3）和还原性小分子DA、AA的快速检测，检测限分别为2×10-4 mg mL-1（H2O2）、1×10-4 mg mL-1（KIO3）、2×10-4 mg mL-1（DA）、4.3×10-4 mg mL-1（AA），将修饰电极应用于水体系、果汁及血液中目标化合物的检测，三水平加标回收率均大于95%，相对标准偏差（RSDs）小于4%（n=3）。基于DA（+0.42 V）与AA（+1.43 V）峰电位值差大于1 V，建立了 DA和 AA同时测定的差分脉冲伏安（DPV）电化学检测法。二者在4×10-3~1.2×10-2 mg mL-1范围内可以实现同时测定，彼此之间并无干扰。所制备的LbL PMoA/PEI化学修饰电极具有较宽的电化学电势窗口，背景电流低，稳定性良好，容易制备等优点。
　　（2）以半导体材料氧化石墨烯（GO）和 PEI配伍，采用 LbL技术将它们组装于 ITO表面，再通过电化学沉积法将铁氰化钴（CoHCF）固载于 GO/PEI复合多层膜修饰电极表面。采用CV对所制备化学修饰电极的电化学行为进行了系统评价，并采用DPV对Cys进行检测，线性范围为0.05~2 mmol L-1，检测限为0.046 mmol L-1，并成功应用于面膜美容液中Cys的定量分析，三水平加标回收率均大于90%，RSDs低于3%。进一步研究发现在电极表面Cys的还原过程同时受Cys的扩散速率与Cys和CoHCF间的异相催化反应速率的双重因素控制，其扩散系数（D）为3.08×10-9 cm2 s-1，催化反应速率常数（kcat）为3.82×104 mol-1 L s-1。实验结果表明GO的引入，可有效提高化学修饰电极的灵敏度
　　（3）成功地设计和合成新型ZIFs材料Au@Co-ZIF-67。利用其特殊的光化学性能，开发了一种“裸眼”（Naked-Eye）检测Cys的比色方法。该方法具有较强的选择性，在常见的20种氨基酸中，仅能与Cys作用，溶液颜色由紫色变为棕色。当溶液中Cys浓度变化时，用肉眼即可观察到明显的颜色变化。同时建立相应的紫外-可见光谱法，检测限为0.5μM。在0.8μM到800μM的浓度范围内，标准曲线由三部分组成：在0.8μM~10μM浓度范围内，线性方程Y=4.441×10-2X+0.372（线性相关系数R2=0.960）；在10μM~100μM浓度范围内，线性方程Y=2.660×10-3X+0.7616（R2=0.998）；在100μM~800μM浓度范围内，线性方程Y=2.838×10-4X+1.017（R2=0.969）。将之应用于尿液中Cys的检测，三水平加标回收率在98.66％?103.5％范围内（RSDs<4%, n=3）。实验结果表明Au@ZIF-67可作为光学探针，用于实际样品Cys的检测。在上述工作的基础上还初步开展了基于Au@ZIF-67探针的Cys荧光光谱法。

目录

一、绪论

（一）前言

（二）化学修饰电极

（三）光学传感器

（四）本论文所做的工作的研究意义及内容

二、聚乙烯亚胺/磷钼酸多层膜修饰电极的制备

（一）引言

（二）实验部分

（三）结果与讨论

（四）结论

三、聚乙烯亚胺/石墨烯多层膜固载铁氰化钴修饰电极的制备

（一）引言

（二）实验部分

（三）结果与讨论

（四）结论

四、沸石咪唑酯骨架结构材料Au@ZIF-67对半胱氨酸光响应行为的研究

（一）引言

（二）实验部分

（三）结果与讨论

（四）结论

结论

参考文献

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