功能纳米界面的构建及其在生物传感中的应用

论文摘要

基于生物识别的高度专一性与电化学信号检测的放大作用相结合的电化学生物传感器,具有灵敏度高、选择性好、成本低、易于微型化等优点,在临床诊断和环境分析等方面有着广阔的应用前景。如何将生物组分高效、稳定地固定在基体表面是生物传感器构建的关键。本论文通过发展一系列新型的生物相容性纳米材料,改进生物分子的固定化方法,有效提高了固定化生物组分的活性,进而构建了几种性能优良的电化学生物传感器。主要工作如下;1.合成了新型核壳型金-普鲁士蓝纳米粒子（PB@Au）,采用层层组装技术成功制备了{Pa@Au)n/ITO电极。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）以及电化学方法等对{PB@Au)n/ITO进行了表征,结果表明,PB@Au纳米粒子被均匀可控地组装到了ITO电极表面,并对H2O2有显著的催化作用。2.基于模板技术,采用电化学方法制备了三维多孔PB膜修饰电极。利用SEM、FT-IR及电化学等方法对三维多孔结构的PB膜进行了表征。结果表明,三维多孔PB膜修饰电极,有效提高了电极的比表面积和底物的扩散传质速度。基于PB对H2O2具有良好的电催化作用,进一步在三维PB膜上自组装葡萄糖氧化酶（GOx）,制得葡萄糖生物传感器。该传感器在1.0x10-6～1.5x10-3mol·L-1浓度范围内对葡萄糖的响应呈线性关系,响应时间小于3s。3.采用电化学沉积技术在ITO电极表面沉积壳聚糖（CHIT）和二氧化硅（SiO2）纳米粒子,去除SiO2纳米粒子后获得三维多孔结构CHIT膜,进而将乙肝表面抗体（HBsAb）固定于该三维多孔结构中,制备了基于三维多孔结构的CHIT/HBsAb免疫传感器。采用SEM、电化学方法对电极的形貌和逐层修饰过程进行了表征,并对免疫传感器的性能进行了研究。结果表明,该免疫传感器制备过程简单、稳定性好、灵敏度高,检测乙肝表面抗原（HBsAg）的检测限为3.89ng·mL-1。将制备的传感器用于实际样品分析,结果令人满意。该免疫传感器在临床检测方面有良好的应用前景。4.合成了壳聚糖-戊二醛-半胱胺（CHIT-GA-Cys）三维网状复合物,将该复合物自组装到金电极表面后浸入到金纳米粒子（AuNPs）溶液中,利用纳米金与氨基间的强烈吸附作用固定HBsAb,进而制备了壳聚糖-戊二醛-半胱胺/金纳米粒子（CHIT-GA-Cys/AuNPs/HBsAb）免疫传感器。采用循环伏安法（CVs）和交流阻抗法（EIS）对电极逐层修饰过程进行表征,并对免疫传感器的性能进行了研究。结果表明,该免疫传感器制备过程简单、稳定性好、灵敏度高,对HBsAg的检测具有良好的选择性,应用前景良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电化学生物传感器的基本原理
• 1.2.1 酶传感器
• 1.2.2 电化学免疫传感器
• 1.3 生物分子固定化技术
• 1.3.1 吸附法
• 1.3.2 交联法
• 1.3.3 包埋法
• 1.3.4 共价键合法
• 1.3.5 电化学聚合法
• 1.3.6 溶胶-凝胶技术
• 1.3.7 纳米粒子修饰技术
• 1.3.8 分子自组装固定法
• 1.3.9 三维多孔材料用于构建生物传感器
• 1.3.10 树枝状化合物的放大技术
• 1.4 生物传感器的应用
• 1.5 总结与前景展望
• 参考文献
• 2O₂电催化行为的研究'>第2章 层层组装核壳型金-普鲁士蓝复合纳米粒子修饰电极的制备及其对H₂O₂电催化行为的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 金纳米粒子的制备
• 2.2.3 核壳型PB@An纳米粒子的制备
• n膜的组装'>2.2.4 {PAH/PB@Au}_n膜的组装
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PB@Au纳米粒子的制备和表征
• 2.3.2 PB@Au纳米粒子修饰电极的形貌表征
• n膜组装过程的表征'>2.3.3 {PAH/PB@Au}_n膜组装过程的表征
• n膜修饰电极对H₂O₂的响应'>2.3.4 {PAH/PB@Au}_n膜修饰电极对H₂O₂的响应
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第3章 基于三维多孔普鲁士蓝膜的葡萄糖生物传感器的研制和应用
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 PS纳米粒子的合成
• 3.2.3 PS胶体晶模板的制备
• 3.2.4 传感器的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 三维多孔结构 PB膜的形貌表征
• 3.3.2 PB膜的红外表征
• 3.3.3 三维多孔 PB膜的电化学表征
• 2O₂的电催化'>3.3.4 三维多孔 PB膜对 H₂O₂的电催化
• 3.3.5 三维多孔 PB/PAH/GOx传感器对葡萄糖的响应
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第4章 基于三维多孔壳聚糖膜的电位型乙肝免疫传感器的研制
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 2纳米粒子的制备'>4.2.2 SiO₂纳米粒子的制备
• 4.2.3 CHIT溶液的制备
• 4.2.4 免疫传威器的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 修饰电极的形貌表征
• 4.3.2 修饰电极的电化学表征
• 4.3.3 实验条件优化
• 4.3.4 免疫传感器的电位响应性能
• 4.3.5 免疫传感器的稳定性和重现性
• 4.3.6 样品测定
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第5章 基于纳米金/壳聚糖三维网状复合物的安培型乙肝免疫传感器的研制
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器与试剂
• 5.2.2 CHIT溶液的制备
• 5.2.3 金纳米粒子的制备
• 5.2.4 CHIT-GA-Cys复合物的制备
• 5.2.5 免疫传感器的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 电极修饰过程的电化学表征
• 5.3.2 实验条件的优化
• 5.3.3 免疫传感器的安培响应
• 5.3.4 免疫传感器的稳定性、重现性和特异性
• 5.3.5 样品测定
• 5.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果