基于金属纳米材料的电致化学发光传感器的构建及生物检测应用

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电致化学发光(ECL)技术具有良好的选择性和高灵敏度。但是传统ECL发光体存在发光强度低,易猝灭等缺点,难以满足生物分子的高灵敏度检测。因此,开发高效、稳定的ECL发光体一直是ECL检测领域的研究热点之一。金属纳米团簇具有良好的生物相容性和独特的光学性质,这为ECL发光体的合成和生物传感器的构建提供了新思路。同时,生物标志物(如凝血酶、多巴胺等)与人类的一些疾病息息相关,生物标志物的检测对于疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。针对疾病早期检测方法价格昂贵、操作复杂、灵敏度和选择性比较低的问题,本论文设计基于金属纳米团簇的ECL生物传感器,克服传统检测技术存在的灵敏度和选择性差的缺陷并用于生物标志物的高灵敏检测,主要工作如下:(1)新型高效ECL发光体钯纳米锥的绿色合成及多巴胺的高灵敏检测以聚赖氨酸(PLL)为保护配体,采用一锅水热法简单地制备了Pd纳米锥(Pd NCs),并将其作为阳极ECL发光体,三丙胺(TPA)作为共反应剂构建Pd NCs/TPA体系。通过ECL和电化学技术,探讨了Pd NCs/TPA体系的ECL机理。简单来说,Pd NCs和TPA都先被氧化,接着TPA进一步失去质子,形成还原态(TPA·)并与氧化态的Pd NCs强烈反应生成Pd NCs*。多巴胺(DA)电子传递阻断效应会淬灭Pd NCs/TPA体系的ECL辐射,基于此构建响应的生物传感器,实现了对DA的高灵敏检测。该传感器具有稳定性好,线性范围宽的特点,检出限低至0.46 pM。(2)通过增强钯纳米锥发光信号构建生物传感器并用于凝血酶检测基于功能化Pd NCs/TPA体系构建了一种用于超灵敏检测凝血酶(TB)的无标签适配体生物传感器。首先通过电沉积作用,在玻碳电极(GCE)表面聚合末端富含氨基的聚酰胺树枝状化合物(PAMAM)得到修饰电极,巯基乙醇(MCH)功能化Pd NCs做为ECL发光体。在最佳的孵育时间和检测液pH条件下,Pd NCs/TPA体系的ECL强度增强了约2.5倍。同时采用ECL和循环伏安法(CV)对ECL的增强机理进行了研究。通过功能化Pd NCs结合巯基化TB适配体(TBA),牛血清白蛋白(BSA)封闭非特异性位点后,设计了一种无标记ECL生物检测平台。利用空间位阻淬灭效应,实现对凝血酶的超灵敏检测,其检测下限甚至可低至6.76 fM,且具有良好的选择性和稳定性。(3)花状金属框架化合物的合成及乳腺癌基因检测利用富含羧基的三(4,4’-二羧酸-2,2’-联吡啶基)钌(II)(Ru(dcbpy)32+)作为金属配体,在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的存在下螯合Zn离子形成高性能的金属-有机骨架微球花材料(ZnMOF(Ru))作为ECL有机发光体。在没有任何共反应剂的情况下,因有机分子框架聚集效应,相同当量浓度的ZnMOF(Ru)的ECL强度比Ru(dcbpy)32+增强53倍。基于此,构建―三明治‖型ECL生物传感器,用于乳腺癌基因检测,其线性范围为1 fM-0.1 nM,最低限度为0.71 fM。
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