納米材料的無酶催化放大策略在電化學生物傳感器中的應用研究.pdf

1、電化學生物傳感器是一種結合電化學分析方法以及生物技術結合發(fā)展行成的新型傳感器。由于臨床檢測的精準要求，電化學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，被廣泛應用于生物傳感器領域。一般情況下，研究者將納米材料及其復合產物作為納米載體對生物酶或電子媒介體進行固定。本文除了以納米材料作為載體外，同時依據納米材料良好的催化性能，構建了一系列以納米

2、材料作為催化劑的電化學生物傳感器，實現了無酶的信號放大以及目標物的超靈敏檢測。相對傳統的酶催化放大策略，無酶的納米材料催化具有更好的化學穩(wěn)定性、低廉的價格、易于操作等優(yōu)點。主要研究內容如下：
　　1.基于空心鉑納米鏈催化氧化尿酸構建的無酶電化學適體傳感器
　　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）標記凝血酶適體鏈II，通過HPtNCs對尿酸（UA）直接的催化氧化作用，

3、構建了信號增強的無酶電化學適體傳感器。值得注意的是，在本研究的固載基質中，選用了富含π電子基團的空心球狀結構納米C60（nano-C60），通過相轉移的方法合成的nano-C60具有水溶性好、生物相容性高等優(yōu)點。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），與單獨的AuNFs相比較，Au-PtNFs具有更多的活性位點以固載更多的凝血酶適體鏈I。夾心反應模式下，凝血酶適體II復合

4、物中的HPtNCs能夠直接催化氧化檢測底液中的UA產生放大的電化學信號。在此適體傳感器的構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)化的實驗條件下，制備的適體傳感器對凝血酶的檢測展現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.基于主客體納米網催化放大構建的無酶電化學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）復合材料固載降鈣素原抗體（anti-PCT），成功構建了一個無酶的電化學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，同時創(chuàng)新合成了具有兩個Fc單元的Fc-Fc材料，利用β-CD對Fc-Fc的主客體識別作用，形成了比表面積大的Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au納米網。在這里，Fc-Fc由于具有兩個Fc單元，不僅能提供更多的電活性基團使電化學響應更加靈敏，而且能夠連接分散的β-CD/PAMAM-Au形成網狀結構，使得抗體的固載量大幅度增加。更重要的是，Fc-Fc對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）。當檢測底液中含有AA時，主客體納米網狀結構中的PAMAM-Au與Fc-Fc對AA的氧化產生共同的催化作用，從而實現無酶的信號放大。制得的免疫傳感器能實現對PCT的靈敏檢測，在最優(yōu)的實驗條件下，線性范圍為1.80pg mL-1～500ng mL-1，檢測限為0.36pg mL-1。
　　3.銅金屬有機框架結構作為催化劑構建的比率型傳感器用于內毒素的檢測

8、r>　　金屬有機框架結構（MOFs）由于大的比表面積，良好的導電性和穩(wěn)定性在生物傳感器領域逐漸受到了人們的關注，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框架結構（Cu-MOFs），并將AuNPs修飾在Cu-MOFs表面得到AuNPs/Cu-MOFs復合材料。得到的AuNPs/Cu-MOFs不僅能作為納米載體固載信號探針，而且能作為電活性材料提供電化學

9、信號，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，當在工作底液中加入葡萄糖時，AuNPs/Cu-MOFs可以直接催化氧化葡萄糖從而實現無酶的信號放大。此外，實驗過程中除了以Cu-MOFs作為信號材料外，還引入了Fc作為信號分子，設計了雙重的DNA循環(huán)放大策略實現了Cu-MOFs與Fc信號分別的增大與減小，通過測定兩種信號物質的峰電流之比，構建了一個比率型的電化學適體傳感器。以LPS為檢測模型，制