納米材料的無酶催化放大策略在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、電化學(xué)生物傳感器是一種結(jié)合電化學(xué)分析方法以及生物技術(shù)結(jié)合發(fā)展行成的新型傳感器。由于臨床檢測的精準(zhǔn)要求，電化學(xué)生物傳感器面臨著發(fā)展穩(wěn)定性好、靈敏度高的分析技術(shù)的新挑戰(zhàn)。近年來，納米材料因其大的比表面積，良好的生物相容性，以及優(yōu)異的電子傳輸、催化等性能，被廣泛應(yīng)用于生物傳感器領(lǐng)域。一般情況下，研究者將納米材料及其復(fù)合產(chǎn)物作為納米載體對(duì)生物酶或電子媒介體進(jìn)行固定。本文除了以納米材料作為載體外，同時(shí)依據(jù)納米材料良好的催化性能，構(gòu)建了一系列以納米

2、材料作為催化劑的電化學(xué)生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了無酶的信號(hào)放大以及目標(biāo)物的超靈敏檢測。相對(duì)傳統(tǒng)的酶催化放大策略，無酶的納米材料催化具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性、低廉的價(jià)格、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.基于空心鉑納米鏈催化氧化尿酸構(gòu)建的無酶電化學(xué)適體傳感器
　　生物酶在使用過程中可能受到溫度、pH的影響，從而喪失酶活性。本文利用空心鉑納米鏈（HPtNCs）標(biāo)記凝血酶適體鏈II，通過HPtNCs對(duì)尿酸（UA）直接的催化氧化作用，

3、構(gòu)建了信號(hào)增強(qiáng)的無酶電化學(xué)適體傳感器。值得注意的是，在本研究的固載基質(zhì)中，選用了富含π電子基團(tuán)的空心球狀結(jié)構(gòu)納米C60（nano-C60），通過相轉(zhuǎn)移的方法合成的nano-C60具有水溶性好、生物相容性高等優(yōu)點(diǎn)。利用nano-C60卓越的穩(wěn)定性和大的比表面積，修飾上了大量的花狀金-鉑合金納米顆粒（Au-PtNFs），與單獨(dú)的AuNFs相比較，Au-PtNFs具有更多的活性位點(diǎn)以固載更多的凝血酶適體鏈I。夾心反應(yīng)模式下，凝血酶適體II復(fù)合

4、物中的HPtNCs能夠直接催化氧化檢測底液中的UA產(chǎn)生放大的電化學(xué)信號(hào)。在此適體傳感器的構(gòu)建過程中避免了生物酶的使用，減少了操作步驟，提高了適體傳感器的穩(wěn)定性。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，制備的適體傳感器對(duì)凝血酶的檢測展現(xiàn)出了良好的選擇性和高的靈敏度，線性范圍為0.5pmol L-1～10nmol L-1，檢測限為0.16pmol L-1。
　　2.基于主客體納米網(wǎng)催化放大構(gòu)建的無酶電化學(xué)免疫傳感器用于檢測降鈣素原
　　利用N,N-

5、二(二茂鐵)-乙二胺/β-環(huán)糊精/聚酰胺聚合物包裹的納米金（Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au）復(fù)合材料固載降鈣素原抗體（anti-PCT），成功構(gòu)建了一個(gè)無酶的電化學(xué)免疫傳感器用于降鈣素原（PCT）的檢測。眾所周知，納米材料的催化性能通常受大小、尺寸、表面性能的影響，而本研究以PAMAM為模板合成了形貌均勻、尺寸可控的納米金顆粒（PAMAM-Au），與通常情況下水熱法合成的納米金顆粒相比，粒徑相對(duì)更小，催化活性得到了明顯的提高。將

6、合成的PAMAM-Au表面吸附-NH2修飾的β-CD，同時(shí)創(chuàng)新合成了具有兩個(gè)Fc單元的Fc-Fc材料，利用β-CD對(duì)Fc-Fc的主客體識(shí)別作用，形成了比表面積大的Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au納米網(wǎng)。在這里，F(xiàn)c-Fc由于具有兩個(gè)Fc單元，不僅能提供更多的電活性基團(tuán)使電化學(xué)響應(yīng)更加靈敏，而且能夠連接分散的β-CD/PAMAM-Au形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得抗體的固載量大幅度增加。更重要的是，F(xiàn)c-Fc對(duì)AA的氧化存在良好的催化活性。而合

7、成的PAMAM-Au作為性能優(yōu)異的納米催化劑，也能夠催化氧化抗壞血酸（AA）。當(dāng)檢測底液中含有AA時(shí)，主客體納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的PAMAM-Au與Fc-Fc對(duì)AA的氧化產(chǎn)生共同的催化作用，從而實(shí)現(xiàn)無酶的信號(hào)放大。制得的免疫傳感器能實(shí)現(xiàn)對(duì)PCT的靈敏檢測，在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下，線性范圍為1.80pg mL-1～500ng mL-1，檢測限為0.36pg mL-1。
　　3.銅金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)作為催化劑構(gòu)建的比率型傳感器用于內(nèi)毒素的檢測

8、r>　　金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（MOFs）由于大的比表面積，良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性在生物傳感器領(lǐng)域逐漸受到了人們的關(guān)注，而研究者通常將MOFs作為納米載體來提高抗體、適體或酶等生物分子的固載量。本研究通過探索MOFs的催化性能，合成了一種銅金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（Cu-MOFs），并將AuNPs修飾在Cu-MOFs表面得到AuNPs/Cu-MOFs復(fù)合材料。得到的AuNPs/Cu-MOFs不僅能作為納米載體固載信號(hào)探針，而且能作為電活性材料提供電化學(xué)

9、信號(hào)，免除了電子媒介體的固載。重要的是，AuNPs/Cu-MOFs能夠作為一種有效的催化劑，當(dāng)在工作底液中加入葡萄糖時(shí)，AuNPs/Cu-MOFs可以直接催化氧化葡萄糖從而實(shí)現(xiàn)無酶的信號(hào)放大。此外，實(shí)驗(yàn)過程中除了以Cu-MOFs作為信號(hào)材料外，還引入了Fc作為信號(hào)分子，設(shè)計(jì)了雙重的DNA循環(huán)放大策略實(shí)現(xiàn)了Cu-MOFs與Fc信號(hào)分別的增大與減小，通過測定兩種信號(hào)物質(zhì)的峰電流之比，構(gòu)建了一個(gè)比率型的電化學(xué)適體傳感器。以LPS為檢測模型，制