新型纳米材料及高聚物用于电流型生物传感界面的构建

论文题目: 新型纳米材料及高聚物用于电流型生物传感界面的构建

论文类型: 博士论文

论文专业: 分析化学

作者: 刘志敏

导师: 俞汝勤,沈国励

关键词: 电流型生物传感器,核壳型磁性纳米粒子,纳米金活性界面,纳米材料,溶胶凝胶,聚酰胺型树枝状化合物

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

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广阔的应用前景。如何将生物组分高效、稳定的固定到基体表面是生物传感器构制的一个关键技术。本研究论文主要是通过发展新型生物材料固定方法,以达到改进固定生物组分活性、延长传感器的使用寿命等目的,从而构制一系列性能良好的电流型生物传感器。在测试对象方面,选择了酚类化合物作为主要代表,并兼顾其他生化物质。酚类化合物是一类很重要的环境污染物,主要来源于工业废水、炼焦厂的废物等。由于酚类物质对人体有很大的危害性,所以对环境中酚类物质的定量检测具有十分重要的意义。当前的一些传统分析方法,存在着灵敏度低,样品处理复杂,不适于现场检测等缺点,不能满足实际检测的要求。为这些物质设计构建可用于准确、快速、方便携带于现场的传感器具有实用意义。本论文主要研究工作包括: 1、发展了基于核-壳型磁性纳米粒子修饰生物分子的新方法,并用于固定酶或免疫试剂,构制了电流型的酶或免疫传感器。在第2章中,构制了一种基于酪氨酸酶固定在修饰过的核-壳型磁性纳米粒子表面的酚类传感器。首先采用室温固相反应法合成磁性MgFe2O4纳米粒子,以SiO2包覆外壳,形成核-壳型的磁性纳米粒子(MgFe2O4-SiO2),然后在交联剂戊二醛的作用下,将酪氨酸酶共价固定到硅烷化的核-壳型粒子的表面,形成磁性生物纳米粒子,最后在磁场存在的情况下固定到碳糊电极表面。该传感器对苯酚的测定显示出快速而且灵敏的响应,对苯酚测定的线性范围为1.0×10-6 ~ 2.5×10-4 mol L-1,检测限为6.0×10-7 mol L-1,灵敏度为54.2μA mmol-1 L,使用寿命在一个月左右。由于功能化的核-壳型粒子表面可偶联抗体,在第8章中,报道了基于核-壳型磁性纳米粒子(CdFe2O4-SiO2)固定抗体的电流型免疫传感器。分析步骤包括首先将人的IgG抗体共价固定到硅烷化的磁性核-壳纳米粒子(CdFe2O4-SiO2)表面,形成磁性生物纳米粒子,然后磁性生物纳米粒子在磁场的作用下固定到碳糊电极表面,通过夹心式免疫反应方式测定人的IgG,即将待测的人的IgG抗原和酶标抗体依次固定到电极表面,最后根据酶催化产物的电化学信号进行检测。该传感器对人IgG测定的线性范围为0.51 ~ 30.17μg mL-1,IgG测定的检测限为0.18μg mL-1,传感器的响应电流在二周的时间内几乎没有显著的变化。基于核-壳磁性纳米粒子的免疫传感器显示出操作简单、生物分子易于修饰、费用低廉、表面易于更新等优点。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 生物传感器的基本组成和工作原理

1．1．2 生物传感器的分类

1．1．3 生物传感器的特点

1．1．4 生物传感器的应用

1．2 生物传感技术中生物组分的一般固定化方法

1．2．1 物理吸附法

1．2．2 包埋法

1．2．3 共价键合法

1．2．4 化学交联法

1．2．5 电化学聚合法

1．3 生物组分固定化技术的新进展

1．3．1 溶胶-凝胶技术

1．3．2 纳米粒子修饰技术

1．3．3 聚电解质层层组装技术

1．3．4 树枝状化合物的放大技术

1．3．5 碳纳米管技术

1．4 本研究论文的构想

第2章 基于酪氨酸酶固定在核-壳型磁性纳米粒子表面的酚类传感器的研制

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与溶液

2．2．2 核-壳型磁性纳米粒子的合成及表面修饰

2．2．3 磁性生物纳米粒子的制备

2．2．4 酶电极的构制

2．2．5 仪器与测量

2．3 结果与讨论

2．3．1 磁性纳米粒子的特征

2．3．2 酶电极的电化学响应

2．3．3 酶电极测定参数的优化

2．3．4 传感器的响应特征

2．3．5 传感器测定的重复性、重现性以及稳定性

2．3．6 传感器测定的选择性

2．3．7 传感器对实际样品的分析

2．4 小结

第3章 基于酶标的纳米金固定在胱胺/壳聚糖修饰的金电极上的酪氨酸酶传感器的研制

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 酪氨酸酶标记的纳米金的制备

3．2．3 酶电极的制备

3．2．4 酪氨酸酶活性的测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 酶电极的表面形貌

3．3．2 酶电极的循环伏安响应

3．3．3 传感器测定参数的优化

3．3．4 传感器的响应特征

3．3．5 酶电极测定的重复性和重现性

3．3．6 酶电极的稳定性

3．4 小结

第4章 基于纳米ZnO 固定酪氨酸酶的无电子媒介的酚类传感器的研制

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与溶液

4．2．2 纳米ZnO的合成

4．2．3 纳米 ZnO 修饰的酪氨酸酶传感器(ZnO/Tyrosinase/GCE)的制备

4．2．4 仪器与测量

4．3 结果与讨论

4．3．1 ZnO 纳米粒子的特征

4．3．2 ZnO/GCE 及ZnO/Tyrosinase/GCE 的表面形貌

4．3．3 传感器的电化学行为

4．3．4 实验参数的优化

4．3．5 酶电极的响应特性

4．3．6 传感器测定的重复性和重现性

4．3．7 传感器的热稳定性和贮存稳定性

4．3．8 回收率研究

4．4 小结

第5章 基于1,6-二巯基己烷和纳米金自组装的电流型酚类传感器的研制

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂与仪器

5．2．2 纳米金的制备

5．2．3 酶电极的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 金电极上自组装层的绝缘性

5．3．2 酶电极的循环伏安行为

5．3．3 传感器测定参数的优化

5．3．4 酶电极的响应特征

5．3．5 传感器测定的重复性、重现性以及稳定性

5．3．6 回收率实验

5．4 小结

第6章 基于 ZnO 溶胶-凝胶的酪氨酸酶传感器的研制

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 试剂和仪器

6．2．2 ZnO 溶胶-凝胶的制备

6．2．3 传感器的制备

6．2．4 测量步骤

6．3 结果与讨论

6．3．1 传感器构制参数的优化

6．3．2 传感器的电化学响应

6．3．3 实验条件的优化

6．3．4 传感器的响应特性

6．3．5 传感器测定的重复性和重现性

6．3．6 传感器的稳定性

6．3．7 回收率研究

6．3．8 所构制传感器与其它基于不同溶胶-凝胶基质的生物传感器性能的比较

6．4 小结

第7章 基于纳米金/聚酰胺型树枝状化合物/胱胺固定辣根过氧化物酶的过氧化氢传感器的研制

7．1 引言

7．2 实验部分

7．2．1 试剂

7．2．2 仪器

7．2．3 含端胺基的G_4PAMAM 树枝状化合物的制备

7．2．4 纳米金的制备

7．2．5 过氧化氢传感器的制备方法

7．3 结果与讨论

7．3．1 循环伏安响应

7．3．2 实验参数的优化

7．3．3 酶电极的响应特性

7．3．4 酶电极测定的重复性和重现性

7．3．5 酶电极测定的干扰

7．3．6 酶电极的稳定性

7．3．7 酶电极的应用

7．4 小结

第8章 基于核-壳型磁性纳米粒子固定抗体的电流型免疫传感器的研制

8．1 引言

8．2 材料和方法

8．2．1 试剂和溶液

8．2．2 仪器

8．2．3 核-壳型磁性纳米粒子的合成及表面修饰

8．2．4 磁性生物纳米粒子的制备

8．2．5 基于磁性生物纳米粒子修饰的电流型免疫传感器的制备

8．2．6 IgG 的夹心式免疫分析

8．2．7 免疫传感器的更新

8．3 结果与讨论

8．3．1 核-壳型磁性纳米粒子的特征

8．3．2 IgG 的测定

8．3．3 免疫传感器表面酶活性的分析

8．3．4 IgG 免疫分析条件的优化

8．3．5 非特异性吸附的测定

8．3．6 IgG 的免疫分析响应

8．3．7 免疫传感器的重现性和稳定性

8．4 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)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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• [6].农田土壤和灌溉水中重金属检测关键技术研究[D]. 王辉.中国农业大学2018
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