基于新型固定化材料的压电免疫传感器

论文摘要

压电声波免疫传感技术是结合了压电效应的高灵敏性和免疫反应的高特异性的一种生物传感技术,可响应晶体表面质量负载以及溶液的密度、黏度、电导率、介电常数等多种信号变化。以简便、快速、灵敏、不用示踪标记物、不需样品纯化、成本低、可进行自动化实时数据输出等优点,突破了以往分析方法的诸多瓶颈,在临床疾病诊断的生化检验方面显示出诱人的应用前景。近年来,纳米材料得到广泛研究与应用,将纳米材料应用于生物传感器的制备可以较大程度地提高传感器的响应性能。本文利用纳米材料优良的物理、化学性能以及它们良好的生物相容性用于生物传感界面的构建,探索了CA15-3, CA125,甲胎蛋白（AFP）等肿瘤标志物的传感诊断新技术。具体内容包括:（1）发展了一种纳米金-碳酸钙界面吸附的生物分子固定化技术（第2章）。在中性溶液中通过静电作用力,将纳米金颗粒组装于多孔的无机矿物碳酸钙颗粒表面形成纳米金-碳酸钙复合材料（GNP-CaCO3）,采用扫描电镜（SEM）和透射电镜技术（TEM）对其进行形貌表征。并用该复合物作为CA15-3抗体分子的固定化界面,进行压电免疫传感器的构建。结果显示:由于GNP和CaCO3的良好生物相容性及其协同作用,此固定化方法与纳米金直接固定法比较,无论在灵敏度还是重现性方面都有很大的提高,传感器检测CA15-3的血清浓度范围为8.0～266.0 U mL-1。（2）开发了一种基于纳米金-羟基磷灰石复合材料的抗体固定化方法,用于压电传感器的界面设计（第3章）。以甲胎蛋白（AFP）为免疫分析模型,研制成AFP压电免疫传感器。分别利用透射电镜、扫描电镜和紫外可见光谱对复合材料进行表征。结果与直接的纳米金吸附法和单独的羟基磷灰石固定法相比较,证明了基于GNP/HA纳米复合材料构建的压电免疫传感器用于分析检测AFP时具有更好的特异性、重现性和检测线性范围。发展的压电免疫传感体系可获得人血清AFP的浓度检测范围为15.3～600.0 ng mL-1（3）提出了一种可逆的肿瘤标志物CA125压电免疫传感诊断技术（第4章）。首先合成羟基磷灰石/壳聚糖（HA/CS）纳米复合物,以纳米复合物膜覆盖压电晶体表面,并将此与组装的纳米金结合,构建成一种易于清洗的界面以吸附固定抗体,实现了对CA125的定量检测。考察了羟基磷灰石/壳聚糖（HA/CS）纳米复合物的浓度,抗体的稀释比等实验条件的影响,探讨了传感器的主要响应特性与再生性能。结果表明,本文提出的新型免疫传感技术具有一些显著的优势,如能够很好地保持抗体的活性,灵敏度显著提高,而且取得了较宽的CA125浓度检测范围,15.3 440.0 U mL-1。（4）报道了一种简便的纳米金免疫凝集型压电传感分析技术用于人血清免疫球蛋白IgG的快速检测（第5章）。以纳米金颗粒替代传统胶乳标记羊抗人IgG诊断血清（抗IgG）,并采用BSA修饰压电探针,用以直接灵敏响应因标记的金纳米颗粒免疫凝集而引起溶液的非质量参数（密度、粘度等）的变化。该传感技术毋需在传感探针表面固定活性组分;可快速检测浓度下限为0.38μg mL–1的免疫球蛋白IgG。定量能力与经典ELISA法相接近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 压电免疫传感器
• 1.1.1 压电传感器的理论基础
• 1.1.2 两类压电免疫传感技术
• 1.2 常用的生物分子固定材料
• 1.2.1 无机材料
• 1.2.2 有机合成聚合物
• 1.2.3 凝胶材料
• 1.2.4 磁性微球
• 1.2.5 丝素和甲壳素
• 1.2.6 纤维素及其衍生物
• 1.2.7 纳米材料及其应用
• 1.3 免疫分子固定方法
• 1.3.1 物理吸附固定法
• 1.3.2 交联法
• 1.3.3 定向固定法
• 1.3.4 包埋固定法
• 1.3.5 自组装单层膜固定法
• 1.3.6 聚电解质吸附组装技术
• 1.3.7 纳米颗粒倍增的生物修饰技术
• 1.3.8 其它方法
• 1.4 压电石英晶体免疫传感器的应用
• 1.4.1 在医学方面的应用
• 1.4.2 在环境监测中的应用
• 1.4.3 在食品生产中的应用
• 1.4.4 在工业、军事领域中的应用
• 1.5 本研究论文的构想
• 第2章 基于纳米金-碳酸钙复合材料界面的CA15-3 压电免疫传感器
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 纳米金胶的制备和碳酸钙微颗粒的制备
• 2.2.3 纳米金与碳酸钙的复合材料（GNP-HA）的制备
• 2.2.4 CA153 免疫传感器的制备
• 2.2.5 QCM测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 3复合材料的特性'>2.3.1 GNP-CaCO₃复合材料的特性
• 2.3.2 压电免疫传感探针的制备
• 2.3.3 抗体固定的免疫活性对比
• 2.3.4 主要实验条件的优化
• 2.3.5 传感器的性能分析
• 2.3.6 实际样品分析
• 2.4 小结
• 第3章 基于纳米金-羟基磷灰石复合材料的甲胎蛋白压电免疫传感器研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 纳米金-羟基磷灰石复合材料（GNP / HA）的制备
• 3.2.3 AFP压电传感探针的制备
• 3.2.4 检测方法
• 3.2.5 电化学阻抗测量
• 3.2.6 传感器再生过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米金-羟基磷灰石复合材料的特性
• 3.3.2 压电免疫探针的构建
• 3.3.3 电化学阻抗谱分析
• 3.3.4 不同固定化方法的性能比较
• 3.3.5 实验条件的优化
• 3.3.6 传感器的性能分析
• 3.3.7 实际样品分析
• 3.3.8 传感器的再生
• 3.4 小结
• 第4章 基于羟基磷灰石/壳聚糖纳米复合物界面的CA125 压电免疫传感器
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 HA/CS纳米复合材料的制备
• 4.2.3 压电传感探针的表面修饰
• 4.2.4 检测方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 HA/CS纳米复合物的制备与表征
• 4.3.2 压电免疫探针的制备
• 4.3.3 免疫反应的频率响应特征
• 4.3.4 实验条件的优化
• 4.3.5 分析行为特征
• 4.3.6 实际样品分析
• 4.3.7 传感器的再生
• 4.4 小结
• 第5章 基于金纳米颗粒免疫凝集的压电传感技术快速检测人血清免疫球蛋白IgG
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器与试剂
• 5.2.2 抗IgG-金纳米颗粒的制备
• 5.2.3 免疫检测方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 抗IgG-金纳米颗粒的免疫凝集
• 5.3.2 凝集反应条件的优化
• 5.3.3 特异凝集反应的频率响应特征
• 5.3.4 实际样品分析
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录