基于金屬納米編碼探針的多目標物檢測生物傳感器研究.pdf

1、本論文制備了一系列的金屬編碼探針，在此基礎(chǔ)上結(jié)合電化學溶出技術(shù)，開發(fā)了多種低成本、簡單、快速、高靈敏、高特異性的多元電化學分析方法；實現(xiàn)了對多種目標物的同時高靈敏檢測。多元電化學分析方法是在單元檢測的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的分析方法，本文根據(jù)不同金屬的溶出峰電位不同，來區(qū)別定義不同目標物，對應(yīng)溶出峰電流的大小來定量目標物的濃度，達到單次操作同時測定多種目標物的目的。而本論文是將多聚螯合物PowerVisionTM和納米材料運用于生物傳感

2、器的研制，結(jié)合生物分子的特異性、層層組裝技術(shù)和電化學分析技術(shù)，制備出了能夠識別特定目標物的多元電化學生物傳感器，并對其性能和原理進行了研究和探索。
　　本論文主要從以下幾個方面開展研究工作：
　　1、基于量子點-PowerVisionTM聚合物編碼的電化學信號標簽同時測定艾滋病和結(jié)核病致病基因
　　本章開發(fā)了一種基于量子點編碼PowerVisionTM聚合物編碼探針的夾心型電化學傳感器，用于同時檢測血清中的艾滋?。℉I

3、V）和結(jié)核病（TB）的致病基因。首先利用金納米粒子共固定信號DNA（分別與HIV和TB致病基因在互補核苷酸片段，分別稱為s-HIV和s-TB，）和量子點編碼（CdS和PbS）的PowerVisionTM聚合物作為信號標簽。PowerVisionTM（PV)是一種樹枝狀的酶鏈聚合物，能夠負載不同種類量子點，分別代表不同基因種類，PV同時可進行電化學信號放大，提高檢測的靈敏度。然后采用Fe3O4@Au金磁微粒結(jié)合巰基化雙鏈DNA（c-HIV

4、和c-TB，與目標物DNA的5’端部分互補）作為捕獲探針。經(jīng)過一個夾心雜交反應(yīng)后，目標物基因與信號標簽被同時捕獲到Fe3O4@Au金磁微粒的表面。經(jīng)過磁性分離后，即得到含有被測基因的磁性復(fù)合探針。
　　酸溶解磁性探針上的編碼量子點。通過電化學溶出伏安法同時檢測Cd2+和Pb2+的信號，可分別對應(yīng)兩種疾病致病基因含量。由于信號標簽PowerVisionTM聚合物具有很多的HRP酶，能夠負載大量的量子點，每個量子點中又含有大量Cd2+

5、和Pb2+離子，故而上述金屬離子的溶出伏安信號得到多重放大。因此，該方法得到對目標基因片段的最低檢測限為0.2fM，檢測范圍為0.5fM–500pM。此外，該方法還通過與目標DNA有一個和四個堿基錯配的DNA進行了驗證，發(fā)現(xiàn)不產(chǎn)生交叉響應(yīng)，表明該傳感器具有很好的選擇性，被成功的用于血清中兩種目標物基因檢測，回收率在90％以上。通過改變偶聯(lián)探針中不同DNA探針的種類，該方法有望用于檢測更多種的疾病基因片段，具有顯著應(yīng)用價值。
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6、、多種金屬離子編碼的納米球刷子信號標簽構(gòu)建的信號增強型電化學適體傳感器用于氯霉素和多氯聯(lián)苯的同時檢測
　　本章構(gòu)建了一個基于多種金屬離子編碼納米球刷子的信號探針的信號增強型適體傳感器，用于同時檢測氯霉素（CAP）和多氯聯(lián)苯-72(PCB72)。首先通過金硫鍵使CAP和PCB72的適配體同時修飾在Fe3O4@Au金磁微粒上得到捕獲探針。然后利用金屬離子編碼的多支化的聚乙烯亞胺組裝的納米球刷子結(jié)合于適配體互補的單鏈DNA(s-DNA-

7、MSPEIs)作為信號探針。經(jīng)過一個雜交反應(yīng)，信號探針被捕獲得到復(fù)合探針。當目標物CAP和PCB72存在時，目標物將與適配體反應(yīng)，從而使雙鏈解旋信號探針被釋放。磁性分離后，不需要酸溶解通過電化學溶出伏安法對上清液進行檢測，可以同時得到Cd2+和Pb2+的信號分別對應(yīng)兩種目標物的含量。在最優(yōu)條件下得到了0.3pg mL-1的檢測限，線性范圍為0.001到100ng mL-1。而且通過改變對應(yīng)的適配體和金屬離子，該傳感器可以用于其它目標物的

8、檢測，這就使該方法有望運用于食品安全中痕量污染物的檢測。
　　3、磁性中空多孔納米球和Exo I酶雙重放大的電化學適體傳感器用于多組分抗生素的同時檢測
　　為了提高適體傳感器的檢測通量，本章建立了一個基于磁性中空多孔納米球和Exo I酶輔助目標物循環(huán)以提高靈敏度的多重電化學適配器，用于同時檢測兩種抗生素，以氯霉素（CAP）和土霉素(OTC)為例。Exo I酶輔助目標物進行循環(huán)反應(yīng)，磁性中空多孔納米粒子可以編碼更多金屬離子，從

9、而產(chǎn)生更大的信號?；谀繕宋飳m配體的特異性識別，Exo I酶選擇性的吃掉與目標物結(jié)合的適配體，然后目標物又可以與新的適配體結(jié)合，從而得到更多的單鏈DNA，以獲得進一步的信號放大。磁性中空多孔納米球則作為載體用于負載更多的金屬離子得到更大的信號。兩者結(jié)合信號比實心二氧化硅的大12倍。實驗結(jié)果表明，同時測定CAP和OTC的線性范圍為0.0005-50ng mL-1，檢測限分別為0.15和0.10ng mL-1(S/N=3)。且該方法成功的