基于納米材料修飾的過氧化氫、甲胎蛋白和癌胚抗原傳感器的研究.pdf

1、生物傳感器是一種以生物活性單元(如：酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為敏感基元，對被分析物具有高度選擇性的現(xiàn)代化分析儀器。自從1962年Clark首次提出“在化學(xué)電極的敏感膜中加入酶以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物進(jìn)行選擇性分析”的設(shè)想。生物傳感器由于其靈敏度高、選擇性好、價(jià)格低廉、分析速度快和容易實(shí)現(xiàn)在線活體檢測等優(yōu)點(diǎn)，又有其在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測和食品工業(yè)等領(lǐng)域的廣泛而潛在的應(yīng)用，近三十年來取得了迅猛的發(fā)展，同時(shí)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。生物活性物質(zhì)固定是生物

2、傳感器的研究和開發(fā)中最為重要和關(guān)鍵的工作，其固定的效果直接影響到傳感器的靈敏度，選擇性，壽命等。本文正是從生物活性物質(zhì)的固定出發(fā)，結(jié)合當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的無機(jī)納米材料，從而構(gòu)建了多種生物傳感器。研究工作主要分為兩部分： 第一部分基于納米金和鉑空心納米球修飾的過氧化氫生物傳感器的研究 1.溶膠-凝膠是固定生物分子的良好材料，納米金具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)，可以很牢固地吸附生物大分子并保持其生物活性。結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)發(fā)展了一種

3、氧化氫傳感器。具體地，以鉑電極為基底，用恒電位沉積一層普魯士藍(lán)(PB)，然后用納米金和明膠構(gòu)成的復(fù)合固酶基質(zhì)，結(jié)合溶膠-凝膠技術(shù)將辣根過氧化物酶(HRP)固定在普魯士藍(lán)修飾的電極表面，再用戊二醛(GA)對復(fù)合酶膜進(jìn)行交聯(lián)改性，從而制備了性能良好的過氧化氫傳感器。采用循環(huán)伏安法(CV)、計(jì)時(shí)電流法、交流阻抗法(EIS)對傳感器進(jìn)行了電化學(xué)表征。在pH=6.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，探討了工作電位、pH、溫度以及干擾物質(zhì)對傳感器響應(yīng)電

4、流的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法有較高靈敏度、較好抗干擾能力、良好穩(wěn)定性及重現(xiàn)性。對H2O2的線性響應(yīng)范圍為1.2×10-6～1.3×10-3mol·L-1，檢測限為6.0x10-7mol·L-1。 2.空心材料具有不同于它們對應(yīng)的實(shí)心材料的性能，其具有密度低、耗材少、費(fèi)用低、催化效果顯著等特點(diǎn)，近年來引起了廣泛的關(guān)注。本項(xiàng)研究采用簡單、高效、經(jīng)濟(jì)方法制備了尺寸均一的鉑空心納米球，其結(jié)構(gòu)已用透射電鏡(TEM)表征，并將其固定于裸玻

5、碳電極(GCE)表面。研究了該修飾電極在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中對過氧化氫(H2O2)的電催化作用。采用循環(huán)伏安(CV)法、計(jì)時(shí)電流法、交流阻抗(EIS)法對傳感器進(jìn)行了電化學(xué)表征。在pH=7.5的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，探討了工作電位、pH、溫度對響應(yīng)電流的影響，還考察了修飾電極的穩(wěn)定性，重現(xiàn)性及抗干擾能力。修飾電極對H2O2的線性響應(yīng)范圍為3.33×10-6～1.02×1-3mol·L-1,檢測限為1.09×10-6mol·L

6、-1。其用于對實(shí)驗(yàn)試樣中回收率的測定，結(jié)果良好。 第二部分基于納米金、納米二氧化鈦和納米鐵氰化鎳修飾的免疫傳感器的研究 1.納米金沉積在半導(dǎo)體的納米二氧化鈦上可以提高納米金催化的穩(wěn)定性和提升二者的性能。同時(shí)這兩種材料都具有良好的生物兼容性。納米金具有很強(qiáng)的吸附能力和能保持生物分子的活性?；诖?，在裸鉑電極上電沉積一層普魯士藍(lán)，之后在普魯士藍(lán)層上固定一層納米二氧化鈦，其產(chǎn)生了一個(gè)具有強(qiáng)吸附能力的帶有正電荷的界面，接著在這個(gè)

7、界面上沉積一層納米金層，最后用納米金層去固定甲胎蛋白抗體，從而制備了甲胎蛋白免疫傳感器。對影響該傳感器性能因素作了詳細(xì)的探討。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，循環(huán)伏安技術(shù)測得峰電流與甲胎蛋白在0.3～30.0和30.0～300.0 ng·mL-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，在信噪比為3時(shí)，檢出限為1.0ng·mL-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該傳感器展示了高的選擇性，好的再生性，長期的穩(wěn)定性(>2個(gè)月)和良好的穩(wěn)定性。 2.設(shè)計(jì)傳感器時(shí)電活性物質(zhì)加入，可

8、以提高傳感器性能。因此基于生物兼容性好、吸附能力強(qiáng)納米金(nano-Au)和良好電活性物質(zhì)鐵氰化鎳納米顆粒(NiHCFNPs)發(fā)展了一種新的在臨床免疫測定法中檢測癌胚抗原(CEA)的免疫傳感器。構(gòu)建傳感器的步驟具體如下：首先，采用一種簡單電化學(xué)還原氯金酸溶液的方法將納米金被固定在裸玻碳電極(GCE)表面；其次，鐵氰化鎳納米顆粒用做一種電活性物質(zhì)被固定在納米金層上，鐵氰化鎳納米顆粒的微結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)已經(jīng)用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SE

9、M)表征；再次，納米金再次被固定在鐵氰化鎳納米顆粒上，納米金能提供良好微環(huán)境和生物兼容性，有利于固定癌胚抗體(anti-CEA)。利用循環(huán)伏安技術(shù)和交流阻抗技術(shù)表征整個(gè)自組裝過程。實(shí)驗(yàn)還探討了納米金的沉積時(shí)間、緩沖溶液的pH、孵育溫度和時(shí)間等對此免疫傳感器性能的影響。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，利用循環(huán)伏安技術(shù)測得峰電流與CEA濃度在0.5～10.0和10.0～160.0 ng·mL-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系；在信噪比為3時(shí)，檢測限為0.1 n