新型半导体纳米材料在生物传感研究中的应用

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20世纪80年代初发展起来的纳米材料,由于具有奇异的物理、化学特性和广阔的应用前景而享有“跨世纪的新材料”之称。纳米材料独特的结构,使其具有四大效应:小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应。纳米颗粒具有独特的物理和化学性质,可应用于光学、电学、生物技术、药物输送、催化、磁性材料等领域。纳米材料结合荧光分析技术以及纳米材料修饰电极与光电分析法相结合的应用更是给检测分析领域引入了更多更有效的检测手段。本论文将努力实现纳米技术与光电化学分析技术、荧光分析技术相结合应用于持久性有机污染物和蛋白质的检测。具体内容如下:(1)CdTe/CdS共敏化的TiO2纳米管阵列(简称为CdTe/CdS-TiO2NTA)构建的光电免疫传感器用于持久性有机污染物—八氯苯乙烯的检测:本文合成了核/壳结构的CdTe/CdS量子点共敏化的TiO2纳米管,并重点研究了它的光电化学性能。基于三者之间构呈阶梯状的带隙结构,这种复合电极表现出较强的光电活性,光电流强度达到7mA/cm2,为构建高灵敏度的光电化学免疫传感器创造了良好的条件。在电极表面修饰上本实验室首次获得的八氯苯乙烯抗体,构建了针对八氯苯乙烯选择性定量分析的光电化学免疫传感器。八氯苯乙烯和抗体之间的免疫反应形成免疫复合物阻碍电解质中的还原物质传递到CdTe/CdS-TiO2NTA的表面,引起光电流大幅度降低。通过光电流降低的信号即可对目标物进行定量。我们成功的检测了样品中的痕量八氯苯乙烯,线性范围在5pM到50nM,检测下限约为2.58pM,比传统分析方法的检测限更低。此光电化学免疫传感器不仅选择性优异,而且展现了较高的灵敏度与准确度并拥有良好的耐储存性,在监测实际样品中八氯苯乙烯的污染等级方面有着良好的应用前景。(2)基于单层VS2纳米片独特的DNA吸附和通用型荧光淬灭性能发展了一种新型荧光检测方法用于细胞色素C的检测。作为过渡金属硫化物,有着三明治结构的VS2单层纳米片具备与氧化石墨烯类似的性质:对单链DNA的吸附性能和极强的荧光淬灭性能。但是自这种材料被开发以来,还未曾对它的这两大性质加以利用。在本文中,用水热法结合超声剥离的方法剥离大块VS2来合成单层VS2纳米片。利用荧光标记的细胞色素C的适配体(单链DNA),VS2纳米片对适配体和适配体与目标物的结合物表现出不同的吸附性能,最终表现在荧光的淬灭与恢复,我们通过加入目标物前后及加入量的不同引起荧光强度的变化来对目标蛋白进行定量分析。使用该方法检测细胞色素C,具有较宽的线性范围:1.2207×10-8M到1.25×10-5M,检测下限为0.8nM。此分析方法拥有较高的灵敏度、精确度与优异的选择性,而且设计简单、方便经济,有望成为细胞色素C灵敏检测的一种常用方法。
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