不同信号响应策略在电化学传感器中的应用研究

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对特定目标物的鉴定、测试、分析在农业生产、食品安全、环境科学和医疗等领域都有着至关重要的作用。目前,电化学传感器由于其易于操作、成本低廉、可进行微型化等特点在众多分析手段中脱颖而出,被研究者们广泛应用。但在实际运用中,研究者们发现电化学传感器的电子传输途径复杂,电极改性材料易变质或脱落等因素致使检测数据精准度不高,灵敏度较低。开发灵敏度高、选择性识别能力强、制备简单、操作便利、低毒甚至无毒的电化学传感器成为了科研界的一个热点研究课题。针对电化学传感所遇到的瓶颈,常用的解决方法有:(1)筛选具有高选择性、高导电性及可增大吸附效果的敏感元件;(2)将生命科学与电化学技术相结合,拓展电化学传感器的研究与应用领域。生物技术和纳米技术的发展,为构建新型电化学传感器提供了全新的视角。基于此,本文设计了以下两个方案:1、基于分子印迹聚合物和B,N,F-CQDs/AgNPs的新型电化学传感器超痕量测定双酚S的实验与理论研究本工作中,利用微波热解法成功合成了高导电的三掺杂碳量子点(B,N,F-CQDs),电沉积法制备了具有优异催化性能的银纳米粒子(AgNPs),并将二者作为电极改性材料,实现检测信号的双重放大。接着以双酚S(BPS)为模板分子,吡咯为功能单体,选用电聚合法在纳米复合修饰电极表面生成对BPS具有高效选择性识别的分子印迹膜。采用计算、原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对印迹聚合物的表面形态和结构进行了表征。印迹膜厚136 nm,粗糙度为4.89 nm,含孔径均一的空腔,这有益于BPS的特异性识别。通过循环伏安法(CV),电化学阻抗谱(EIS)和计时库仑法(CC)对电极的逐步构建过程进行了表征。结果表明,B,N,F-CQDs与AgNPs之间的协同作用显著提高了电极的灵敏度,实现信号放大。同时,通过CV和差分脉冲伏安法(DPV)对BPS的电化学活性进行了研究。并且,计算了与BPS的电化学动力学性质相关的各种参数。MIP-B,N,F-CQDs/AgNPs/GCE的线性检测范围为0.1至0.01 μM,检测限为0.011μM,能够满足生物和环境样品中BPS示踪水平的测量要求。此外,该传感器用于塑料制品中BPS的测定,具有良好的抗干扰性和可接受的回收率。2、基于双信号放大策略的免标记电化学传感器用于特定序列DNA的检测本文联合酶剪切循环放大和杂交链反应放大策略,建立了一种快速、灵敏的生物电化学传感器用于特定序列DNA的检测。本实验采用EIS与CV对捕获探针的固定、目标链的捕获、核酸外切酶(EXOⅢ)的剪切作用以及杂交链反应进行了表征。实验结果表明,在靶标链存在的情况下,可形成刚性双链DNA(dsDNA),进而触发EXO Ⅲ的剪切。在酶剪切作用下,靶标链循环结合捕获探针,释放出更多的核酸序列残片,暴露出的这些残片可诱发杂交链反应,生成大量的dsDNA聚合物,实现双信号放大,进而大大地改善电极的检测性能。并利用DPV对所构建电极的可行性进行了表征,所构建电极的电信号为背景电流的78倍,电极的灵敏度被极大地提高了。在最优化条件下,构建的生物电化学传感器的线性检测范围为20nM~1 pM,检测限为3.8pM,并能够对单碱基错配序列,二碱基错配序列,三碱基错配序列及全错配碱基序列进行明显的区别。
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