基于适配体电致化学发光生物传感器的研究与应用

论文摘要

本论文结合适配体（Aptamer）的高选择性和电致化学发光（Electrochemiluminescence,ECL）的高灵敏度的特点，建立了几种不同的高灵敏度、高选择性的适配体电致化学发光生物传感器，并应用在实际的分析检测中。本文总共四章，第一章对ECL的发展概况、基本原理及其在分析中的应用；适配体的发展及其在电致化学发光传感器上的应用；纳米材料在电致化学发光传感器的应用等进行了综述。同时提出了本文要研究的内容。在第二章中研制了一种新型的基于目标物诱导适配体片段连接构建G四链体的高灵敏度、高选择性的检测凝血酶蛋白质的电致化学发光生物传感器。在研究中利用二氧化硅包埋的钌联吡啶（Ru-SiNPs）的纳米颗粒作为发光试剂，每个颗粒含有上千个发光分子，将其修饰在DNA上具有放大发光的特点。所建立的传感器检测的线性范围为3.3×10-13～3.3×10-11mol/L，检测限为2.0×10-13mol/L。在第三章中将二茂铁和Ru-SiNPs分别标记到含有腺苷适配体序列的检测探针及其互补的捕捉探针末端并将适配体序列固定到金电极表面，由于二茂铁具有猝灭Ru-SiNPs发光的特点，所以传感器的发光背景很低。当存在腺苷时，腺苷适配体更倾向于形成适配体-腺苷复合物而取代适配体-DNA双链结构，使得部分标记有二茂铁的DNA链从电极表面脱落下来，从而引起ECL强度的恢复。根据此特点，我们建立了一种检测腺苷的适配体生物传感器，检测的线性范围为1.0×10-10mol/L～5.0×10-8mol/L，检测限达到3.1×10-11mol/L。在第四章中研制了一种基于目标物诱导适配体片段连接构建“三明治”型的可卡因电致化学发光生物传感器。可卡因适配体在特定的位点被切成两适配体片段并将其中一个片段固定在电极表面，另外一个片段标记上发光试剂。没有可卡因存在的情况下，体系的电致化学发光强度很弱。在可卡因存在的情况下，两条适配体片段与可卡因形成稳定的三明复合型结构修饰到电极表面，导致电致化学发光试剂固定到电极表面，电致化学发光强度增强。此传感器的检测的线性范围在1.0×10-9～1.0×10-11mol/L之间，检测限为3.7×10-12mol/L，该传感器已经被应用在对钱币表面的微量可卡因残留物的检测中。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 ECL 的基本原理
• 1.2.1 湮灭 ECL
• 1.2.2 共反应型的反应 ECL
• 1.2.3 氧化物修饰的阴极发光
• 1.3 ECL 发光物
• 1.3.1 无机物体系
• 1.3.2 有机物体系
• 1.4 适配体及其在 ECL 生物传感器中的应用
• 1.4.1 适配体的概述
• 1.4.2 适配体的特点
• 1.4.3 适配体在 ECL 传感器中的应用
• 1.5 纳米材料在电致化学发光传感器中的应用
• 1.5.1 纳米材料的定义
• 1.5.2 纳米材料在电致化学发光生物传感器中的应用
• 1.5.2.1 金属纳米粒子在电致化学发光中的应用
• 1.5.2.2 碳纳米管在电致化学发光传感器中的应用
• 1.5.2.3 SiO2纳米粒子在电致化学发光传感器中的应用
• 1.6 本研究工作的目的和意义
• 第二章 基于目标诱导适配体片段连接的凝血酶电致化学发光传感器的研究
• 摘要
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 Ru-SiNPs 的合成及表面功能化
• 2.2.4 传感器的制备
• 2.2.5 ECL 检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 生物传感器的设计原理
• 2.3.2 传感器的表征
• 2.3.3 Ru-SiNPs 的表征
• 2.3.4 凝血酶的定量检测
• 2.3.5 传感器的稳定性和重现性
• 2.3.6 生物传感器的选择性
• 2.4 结论
• 第三章 基于信号增强的测定腺苷的适配体电致化学发光传感器的研究
• 摘要
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 ECL 探针和二茂铁修饰 DNA 探针合成
• 3.2.4 生物传感电极的制备
• 3.2.5 ECL 检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 生物传感器的原理
• 3.3.2 基于适配体电致化学发光生物传感电极的表征
• 3.3.3 二茂铁猝灭 Ru-SiNPs 的 ECL 的行为
• 3.3.4 线性范围与检测限
• 3.3.5 传感器检测腺苷的重复使用性和稳定性
• 3.3.6 生物传感器的选择性
• 3.3.7 实际应用
• 3.4 结论
• 第四章 测定可卡因的适配体电致化学发光生物传感器研制及其应用研究
• 摘要
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 传感器的制备
• 4.2.4 样品的制备
• 4.2.5 ECL 测定步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 生物传感器的原理
• 4.3.2 电极的表征
• 4.3.3 条件的优化
• 4.3.4 可卡因的定量测定
• 4.3.5 生物传感器的选择性和稳定性
• 4.3.6 实际样品的检测和分析
• 4.4 结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历和在读期间发表的论文