新型納米材料用于電化學(xué)免疫傳感界面的構(gòu)建.pdf

1、免疫傳感器是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)融微電子、生命科學(xué)和物理學(xué)為一體的分子生物學(xué)新興技術(shù)，在生物工程、臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品和農(nóng)業(yè)分析領(lǐng)域具有重要的意義，也是電化學(xué)研究的活躍領(lǐng)域之一。在免疫傳感器的構(gòu)建中，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何將生物分子穩(wěn)定、高活性的同定到換能器表面。納米材料，因其具有大的比表面積、高的生物活性、強(qiáng)的吸附力及高催化效率等優(yōu)異特性，可在增加生物分子(酶、抗體或抗原等)的吸附量和穩(wěn)定性的同時(shí)提高生物(酶)的催化活性，使傳感器的

2、響應(yīng)靈敏度得到提高。此外，將抗原/抗體之間結(jié)合所產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)進(jìn)行放人在制備高靈敏電化學(xué)免疫傳感器方面也具有相當(dāng)重要的意義。正是基于以上考慮，本文結(jié)合酶的化學(xué)放大作用、碳納米管優(yōu)良的電子傳導(dǎo)特性和奇異的電化學(xué)催化特性，以及納米金大的比表面積和良好的生物兼容性，構(gòu)建了四種電化學(xué)免疫傳感器。主要內(nèi)容如下： 1.基于蛋白A/納米金/多壁碳納米管修飾的電位型甲胎蛋白免疫傳感器的研究利用多壁碳納米管強(qiáng)的電子傳導(dǎo)能力、納米金良好的穩(wěn)定性和

3、獨(dú)特的生物親和性，以及蛋白A對(duì)抗體的定向固定效應(yīng)制備了高靈敏、高穩(wěn)定的電位型甲胎蛋白免疫傳感器。蛋白A為抗原和抗體的反應(yīng)提供了合理的基礎(chǔ)，納米金的存在不僅增加了蛋白A的固定量而且使其具有較高的結(jié)合抗體的活性，從而提高了電極的響應(yīng)性能及靈敏度。同時(shí)，多壁碳納米管加速了溶液與電極的電子傳輸，縮短了電極響應(yīng)時(shí)間。采用循環(huán)伏安法和交流阻抗法對(duì)電極修飾過(guò)程進(jìn)行了表征，并對(duì)免疫傳感器的性能進(jìn)行了研究。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器響應(yīng)的電極電位與甲胎

4、蛋白濃度的對(duì)數(shù)在7.0～190.0 ng/mL的范圍內(nèi)保持良好的線性關(guān)系，檢出限(S/N=3)為3.9 ng/mL。 2.基于納米金和天青I/多壁碳納米管復(fù)合物修飾的電流型甲胎蛋白免疫傳感器的研究改變以往電流型免疫傳感器以酶標(biāo)記，檢測(cè)步驟繁瑣的缺點(diǎn)，將具有強(qiáng)氧化還原能力的天青I/多壁碳納米管(Azure I/MWNT)復(fù)合物固定于電極表面，然后利用靜電吸附技術(shù)吸附納米金，并以納米材料特殊的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和良好的生物兼容性

5、等性質(zhì)固定大量抗體，再以辣根過(guò)氧化氫酶(HRP)代替牛血清白蛋白封閉非特異性結(jié)合位點(diǎn)放大電流信號(hào)，制得了高靈敏的無(wú)標(biāo)記電流型甲胎蛋白免疫傳感器。Azure I/MWNT復(fù)合物不僅具有高的電化學(xué)信號(hào)、好的導(dǎo)電性和生物兼容性，而且提供了顯著的協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)了酶活性中心與電極表面的電子傳遞。由于HRP和多壁碳納米管對(duì)H2O2良好的電催化活性，它們顯著的放人了電流響應(yīng)信號(hào)，提高了電極的靈敏度。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)

6、、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)和循環(huán)伏安法(CV)表征了整個(gè)組裝過(guò)程，并且探討了影響免疫傳感器性能的因素。該免疫傳感器的線性范圍為0.1～8.0和8.0～250.0ng/mL，檢出限為0.04ng/mL。 3.基于多壁碳納米管修飾的新型電流型人絨毛膜促性腺激素免疫傳感器的研究以穩(wěn)定、傳導(dǎo)性好的殼聚糖-碳納米管復(fù)合物為固載基底、甲苯胺藍(lán)媒介體為電化學(xué)探針以及納米金為免疫固載界面制備了電流型人絨毛膜促性腺激素免疫傳感器

7、，并采用了雙層血紅蛋白膜放大了免疫響應(yīng)信號(hào)。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、循環(huán)伏安法(CV)和交流阻抗(EIS)表征了電極修飾過(guò)程，并對(duì)該免疫傳感器的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該傳感器在HCG濃度為0.8～500mIU/mL的范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系并且制作簡(jiǎn)單，響應(yīng)快，能滿足實(shí)際測(cè)定的要求。 4.基于納米金和DNA聚離子復(fù)合物膜修飾的電流型癌胚抗原免疫傳感器的研究結(jié)合DNA-PDDA聚離子復(fù)合物膜，甲苯胺藍(lán)和納米金的優(yōu)點(diǎn)成功構(gòu)建了高

8、穩(wěn)定，高靈敏的電流型癌胚抗原免疫傳感器。DNA-PDDA聚離子復(fù)合物膜不僅具有獨(dú)特的電子傳遞性能，而且放人了電極比表面積增加了抗體固定量。納米金的存在為生物分子提供了良好的生物環(huán)境，很好地保持了抗體分子的生物活性。通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)、交流阻抗(EIS)和循環(huán)伏安法(CV)考察了電極的修飾過(guò)程，并對(duì)該免疫傳感器的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該免疫傳感器的線性范圍為0.5～120 ng/mL，檢出限為0.3 ng/mL。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該方法