合金及磁性纳米复合粒子在SPR传感器中的应用

论文摘要

自从第一台商业化的表面等离子体共振传感器问世以来，各种各样的传感器得到了前所未有的发展并迅速应用到了生物技术、医疗诊断、环境保护及食品安全等多个领域。与其他传感器相比，SPR技术存在着许多优势。SPR传感器可以提供一个快速检测、无需标记且高灵敏度的分析过程，作为一种生物分析工具已得到人们广泛的研究，可分析蛋白质、细胞、激素、寡核苷酸和抗体等生物分子。SPR传感器是对表面折射率变化敏感的一项分析技术。然而，传统的SPR传感器不能检测到极小的折射率的变化，这就阻碍了其在超灵敏检测中的应用。为了克服这个缺点，研究者们提出了一些改变外部结构的方法。在本文中，介绍了SPR传感器的原理、应用领域和最新进展。运用实验室自行组装的波长调制型SPR分析仪对抗原进行检测，并将合金和磁纳米粒子应用到SPR传感器中以此来改善传感器的性能。金属纳米粒子，尤其是金和银纳米粒子，由于其独特的光学特性已被广泛应用到SPR传感器中。纳米粒子的局域表面等离子体和金膜表面传播的等离子体波之间发生电子耦合，增强了共振波长的移动。金纳米粒子由于其易制备、水溶性好、化学稳定性高以及生物相容性好已被广泛应用到免疫测定中。然而，银纳米粒子表现出了更好的灵敏度，可用来提高SPR传感器的灵敏度。但与金纳米粒子相比，银纳米粒子不够稳定。因此，为了克服这些缺点，合金纳米粒子引起了人们的关注。金银合金纳米粒子结合了二者的优点，使其有望应用到光学设备、生物医学研究和电子学等领域。在本文中，我们合成了金银合金纳米粒子并将其应用到SPR传感器中以放大SPR的响应信号。选用双巯基化合物1,6-己二硫醇（HDT）作为连接剂，将金银合金纳米粒子连接到金膜上。然后，用巯基丙酸（MPA）连接金银合金纳米粒子和生物分子。将MPA的羧基活化后，抗体可以稳定地连接在金银合金纳米粒子上。基于金银合金纳米粒子的SPR传感器测得人IgG的浓度范围为0.15-40.00μg mL-1，比基于Au膜的传感器测得人IgG的最低浓度低了8倍，比基于金纳米粒子的传感器低了2倍。实验证明，基于金银合金纳米粒子的传感器在检测IgG时，呈现了较高的灵敏度。磁性粒子由于其独特的磁学性质已被广泛应用于生物科学领域。磁纳米粒子可以通过磁铁的作用固定到传感膜的表面，且免去了传统传感器中金膜与抗体的共价连接。但由于磁纳米粒子固有的特性使其应用受到了一定的限制，单独的磁纳米粒子很容易发生聚沉、被氧化、溶解于酸性溶液中，并且活化基团也较少。因此，研究者们将目标转向了制备磁性复合粒子。最近，将具有光学特性的元素与磁纳米粒子结合引起了研究者的兴趣。将金属层包裹在铁氧化物核上得到的纳米复合粒子可以稳定的存在于腐蚀性的溶液中，并且易于与生物分子连接。在本文中，成功的将Fe3O4/Ag/Au复合粒子应用到SPR传感器中，并成功地检测了狗IgG。基于Fe3O4/Ag/Au复合纳米粒子的SPR传感器检测到狗IgG的浓度范围为0.15–40.00μg ml-1，检测到的最低检出浓度比基于传统传感器的低8倍。因此，实验结果证明，Fe3O4/Ag/Au复合纳米粒子在一定程度上提高了SPR传感器的灵敏度，并改善了其性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 SPR 传感器的基本介绍
• 1.1.1 SPR 传感器的基本原理
• 1.1.2 SPR 传感器的方法特点
• 1.2 SPR 传感器在各领域的应用
• 1.2.1 食品质量及安全分析方面
• 1.2.2 医学诊断方面
• 1.2.3 环境监测
• 1.3 SPR 传感器方法学研究的新进展
• 1.3.1 分子印迹传感技术
• 1.3.2 电化学 SPR 技术
• 1.3.3 SPR 成像技术
• 1.3.4 纳米技术在 SPR 传感器中的应用
• 1.4 我们开展的 SPR 传感器的研究工作
• 参考文献
• 第二章 金银合金纳米粒子在 SPR 传感器中的应用
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器装置
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 金银合金纳米粒子的表征
• 2.2.2 X 射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.2.3 金银合金纳米粒子在 SPR 生物传感器上的固定
• 2.2.4 兔抗人 IgG 的固定
• 2.2.5 人 IgG 的测定
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 磁-银金复合纳米粒子在 SPR 传感器中的应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器装置
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 磁纳米粒子的表征
• 3.2.2 X 射线光电子能谱（XPS）分析
• 3O₄/Ag/Au 粒子的固定'>3.2.3 Fe₃O₄/Ag/Au 粒子的固定
• 3.2.4 抗体的固定
• 3.2.5 免疫测定
• 3.3 小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢