基于磁性纳米线的免疫检测技术的研究

论文摘要

磁性纳米线不仅具有普通一维纳米材料的特性,还拥有优异的磁性能,成为当前纳米材料中较为活跃的研究领域和前沿。目前对磁性纳米线的研究工作,以研究各种不同材料纳米线的制备及其各种特性的表征居多,而磁性纳米线在免疫传感器应用领域的深入研究工作还鲜见报道。本论文首次将磁性纳米线引入到免疫检测传感器中,提出了一种免疫检测的新方法,即磁性纳米线作为生物载体的技术。这不仅对磁性纳米材料的应用进行了新的尝试,而且为生物活性体提供了新的固载技术,为免疫传感器的优化和发展开拓了更开阔的空间。以自行成功研制出的磁性纳米线/壳聚糖/α-HCG抗体生物探针为基础,组装了免疫层析试纸条,进行了HCG抗原的快速免疫层析测试;并创新性地首次搭建了基于磁性纳米线的小型免疫传感检测系统,利用此系统对不同浓度的磁性纳米线进行定量检测。为免疫传感器检测的集成化和微型化,以及生物样品在线分析和快速检测,提供了新的方法和探索途径。利用两次阳极氧化法制备了多孔阳极氧化铝模板,对其形貌及化学组成进行了表征,同时研究了多孔阳极氧化铝膜的形成机理,并对实验条件进行了优化。所制备的多孔阳极氧化铝模板的纳米孔道分布均匀,彼此平行且垂直于模板表面,呈高度有序的正六边形排列。纳米孔平均直径:50 nm,纳米孔密度:106个/mm2,纳米孔长度:大约10μm。以经过阶梯降压法修饰后的多孔阳极氧化铝模板为基础,通过交流电化学沉积的方式制备Fe、Ni纳米线阵列,并对其形貌及化学组成进行了表征,结果显示,纳米线直径大约50 nm,长度大约750 nm;对纳米线的磁性分析结果表明,纳米线阵列的易磁化方向具有明显的单轴各向异性,其主导因素是纳米线的形状各向异性。以壳聚糖包被Fe纳米线,以戊二醛为交联剂对壳聚糖表面进行醛基化,制备磁性纳米线/壳聚糖复合体,并对其形成机理进行了探讨。同时,在不同缓冲液pH值和不同BSA初始浓度的情况下,对BSA进行了吸附性能测试。结果表明:BSA质量浓度为2.0 mg/mL时,缓冲液pH值为5.0时,即BSA的等电点时,达到最大平衡吸附量,其值为148.4 m/g。以壳聚糖包被Fe纳米线,以戊二醛为交联剂对壳聚糖表面进行醛基化,实现与α-HCG抗体的交联,制备磁性纳米线/壳聚糖/α-HCG抗体生物探针。以此生物探针为基础,与β-HCG、IgG多抗一起,组装HCG磁性纳米线标记免疫层析试纸条,分别对不同浓度的HCG抗原进行测试,测试结果表明:检测灵敏度为10 mIU/mL。与市场上销售的胶体金早孕试纸条的灵敏度25 mIU/mL相比,本实验制备的试纸条可以将早孕检测时间提前2～3天。提出了一种操作简便、便于携带、响应迅速的磁性免疫检测的具体方案。通过对系统感应线圈的几何参数进行优化设计,研制了磁性纳米线免疫传感器检测系统,并对不同浓度的样品进行了检测,实验结果显示:该检测系统的灵敏度可达0.2 mg/mL。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 插图清单
• 附表清单
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 免疫分析
• 1.2.1 免疫分析概述
• 1.2.2 抗原抗体反应
• 1.2.3 免疫分析方法
• 1.3 免疫传感器
• 1.3.1 免疫传感器的分类
• 1.3.2 免疫传感器中抗体（抗原）的固定化技术
• 1.4 纳米材料
• 1.4.1 纳米材料概述
• 1.4.2 纳米材料的特性
• 1.4.3 纳米材料在免疫传感器中的应用
• 1.4.4 免疫层析技术
• 1.5 磁性纳米颗粒
• 1.5.1 磁性纳米颗粒概述
• 1.5.2 磁性纳米颗粒的特性
• 1.5.3 磁性纳米颗粒在免疫传感器中的应用
• 1.6 一维磁性纳米线
• 1.6.1 一维磁性纳米线概述
• 1.6.2 一维磁性纳米线的模板制备法
• 1.6.3 一维磁性纳米线在免疫传感器中的应用前景
• 2 课题内容及意义
• 2.1 目前免疫传感器检测技术中存在的问题与瓶颈
• 2.1.1 免疫检测的响应时间
• 2.1.2 免疫检测的特异性
• 2.1.3 免疫检测的灵敏度
• 2.1.4 多元同步检测
• 2.2 课题的主要内容及意义
• 2.2.1 多孔阳极氧化铝模板的制备
• 2.2.2 磁性纳米线的制备
• 2.2.3 磁性纳米线/壳聚糖的蛋白吸附实验
• 2.2.4 磁性纳米线/壳聚糖/α-HCG抗体生物探针的层析检测实验
• 2.2.5 磁性纳米线免疫传感器检测系统
• 2.3 选题的创新性
• 3 多孔阳极氧化铝模板的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌
• 3.3.2 组成分析
• 3.3.3 形成机理
• 3.3.4 实验条件的影响
• 3.3.5 多孔阳极氧化铝膜的修饰
• 3.3.6 多孔阳极氧化铝膜的扩孔
• 3.4 本章小结
• 4 磁性纳米线的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂及仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 形貌
• 4.3.2 组成分析
• 4.3.3 形成机理
• 4.3.4 纳米线电沉积的动力学过程
• 4.3.5 实验条件的影响
• 4.3.6 磁性分析
• 4.4 本章小结
• 5 磁性纳米线的免疫层析实验
• 5.1 引言
• 5.2 磁性纳米线/壳聚糖的蛋白吸附性能实验
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.3 磁性纳米线/壳聚糖/α-HCG抗体生物探针的层析检测实验
• 5.3.1 实验部分
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 6 磁性纳米线免疫传感器检测系统
• 6.1 引言
• 6.2 检测原理
• 6.3 检测装置
• 6.4 感应线圈设计
• 6.5 实验部分
• 6.5.1 实验试剂与仪器
• 6.5.2 实验方法
• 6.5.3 结果与讨论
• 6.6 本章小结
• 7 结论及展望
• 参考文献
• 作者简历