【摘要】：隨著現(xiàn)代生命分析化學學科的蓬勃發(fā)展,人們對電致化學發(fā)光(ECL)分析方法中信號探針的生物兼容性和化學性質提出了越來越高的要求。電致化學發(fā)光納米材料這一新型ECL信號探針應運而生,它們不僅具備了ECL性質,還隨之呈現(xiàn)出良好的化學催化性質、大的比表面積、強的導電能力與優(yōu)秀的生物兼容性等特性。這突破了傳統(tǒng)ECL發(fā)光試劑的局限性,為ECL分析方法在生物醫(yī)藥、臨床檢測和環(huán)境評估等領域的應用開辟了新的方向。其中,金屬納米簇作為一種新型的超小納米探針,與其他ECL納米材料相比,具有生物相容性優(yōu)異,化學性質穩(wěn)定,易于標記等優(yōu)點。然而,發(fā)展基于金屬納米簇的超靈敏生物傳感仍面臨以下兩點挑戰(zhàn):(1)如何突破尺寸超小且粒徑均一的金屬納米簇不易制備且合成步驟復雜的局限,尋找一種簡單、快速、高產(chǎn)率的金屬納米簇制備方法;(2)如何跨越金屬納米簇的發(fā)光效率低于聯(lián)吡啶釕、魯米諾等傳統(tǒng)發(fā)光試劑的障礙,設計一種高效、簡便的催化途徑促進其ECL發(fā)光效率�；诖�,本論文主要從提高金屬納米簇的ECL發(fā)光效率出發(fā),通過高可控的電沉積金屬納米簇制備方法及高效的共反應促進劑催化途徑,制備了一系列性能優(yōu)異的基于金屬納米簇的ECL信號探針,再結合多種生物相關輔助放大策略,構建ECL生物傳感平臺實現(xiàn)了疾病標志物的超靈敏檢測,為金屬納米簇在生物傳感和成像等方面的發(fā)展奠定了研究基礎。本論文的研究工作主要分為以下幾部分:1.基于銀納米簇/二氧化鈦復合納米材料作為高效的電致化學發(fā)光信號探針構建二茂鐵驅動的信號轉移生物分析研究共反應促進劑的引入提供了一種新的途徑來提高發(fā)光試劑的發(fā)光效率,但這類新型的ECL促進途徑的研究尚處于起步階段。本工作首次將金屬氧化物半導體二氧化鈦納米花(TiO_2 NFs)作為共反應促進劑。由于TiO_2 NFs的帶隙相關催化性,其不僅能夠富集內源性共反應試劑溶解氧,增加溶解氧在復合材料表面的局部濃度,還可以加速溶解氧的還原反應,生成具有強氧化性質的羥基自由基(OH~·),以促進銀納米簇(Ag NCs)的ECL發(fā)光。基于TiO_2 NFs-Ag NCs復合納米材料作為高效的ECL信號探針,進一步結合猝滅探針二茂鐵和免疫反應驅動的DNA納米機器,成功地構建了“on-off-on”信號轉換模式的ECL生物傳感器,并將其應用于阿茲海默癥標志物β-淀粉樣蛋白(Aβ)的超靈敏檢測。該生物傳感器的檢測范圍在50 fg/mL到500 ng/mL,檢測限為32 fg/mL。本工作中巧妙地利用共反應促進劑打破了金屬納米簇ECL發(fā)光效率低的局限,為金屬納米簇在超靈敏生物檢測中的應用開辟了新道路。2.以原位電沉積法制備的銀納米簇為信號探針構建生物傳感器的研究并將其應用于中藥的抗癌藥效評估水熱法金屬納米簇的制備過程復雜、產(chǎn)率低,使得其在生物傳感中的應用受到了限制。本研究首次以原位電沉積法制備的銀納米簇(Ag NCs)為ECL信號探針,S_2O_8~(2-)為共反應試劑,Fe_3O_4-CeO_2納米復合物為共反應促進劑的三元ECL體系構建免疫傳感器,用于細胞周期蛋白D1(CCND1)的超靈敏檢測。而CCND1的表達量與MCF-7人類乳腺癌細胞的增長和遷移有密切關聯(lián),本研究進一步利用Fe_3O_4-CeO_2-PtNPs納米復合物和捕獲抗體(anti-CCND1)組建的探針捕獲中藥苦參刺激后的癌細胞中CCND1蛋白,構建了雙抗夾心型免疫傳感器,實現(xiàn)了CCND1蛋白的定量檢測,通過對比苦參刺激前后的蛋白表達情況來評估苦參對癌癥的治療效果。該策略對CCND1的檢測范圍為50fg/mL到50 ng/mL,檢測限為28 fg/mL。該工作構建了一個新穎、便捷、高效的藥效評估平臺,對祖國醫(yī)藥學遺產(chǎn)的繼承與發(fā)展具有重要的理論與實用意義。3.基于金納米簇的三元電致化學發(fā)光納米探針構建生物傳感器用于癌癥標志物的超靈敏檢測目前已報道的金屬納米簇的發(fā)光效率低于傳統(tǒng)的發(fā)光試劑,因此各方研究都在致力于尋找一種高效、簡便的催化方式促進其發(fā)光。本研究以化學鍵交聯(lián)的方式制備了牛血清白蛋白(BSA)為模板合成的金納米簇(Au NCs)為發(fā)光物質,三-(3-氨基乙基)胺(TAEA)為共反應試劑,鈀納米粒子修飾的氧化銅納米材料(Pd@CuO)為共反應促進劑的三元一體Au NCs-TAEA-Pd@CuO納米材料。將三元納米材料結合上癌胚抗體作為捕獲探針,再通過免疫夾心的模式將癌胚抗原(CEA)固載在電沉積鉑修飾的傳感界面上構建免疫傳感器。由于分子內共反應試劑和分子內共反應促進劑的雙重催化,該傳感器對CEA的檢測范圍為100 fg/mL到100 ng/mL,檢測限低至16 fg/mL。綜上所述,該工作展示了三元ECL納米材料對超靈敏度生物傳感及生物分析的重要意義,同時為多重自催化ECL納米材料的設計奠定了研究基礎及實踐基礎。4.基于DNA納米起重機調節(jié)銅納米簇的可控生長構建電致化學發(fā)光生物傳感器用于microRNA檢測的研究如何降低金屬納米簇團聚而引起的自猝滅現(xiàn)象,對于其ECL研究具有重要意義。鑒于此,本研究設計了一個結合功能化操縱器和尺寸固定基底的類起重機DNA納米機器來調節(jié)銅納米簇(Cu NCs)的發(fā)光效率,以獲得高效的ECL響應,進一步Cu NCs為信號探針構建生物傳感器實現(xiàn)microRNA-155的靈敏檢測。具體構建過程如下:通過結合鄰位觸及DNA自組裝操縱器和尺寸固定的四面體DNA納米基底(TDN)組建DNA納米起重機。當少量的目標物(miRNA-155)存在時,分離的DNA組件被組裝,納米起重機開始運作,使得富含AT堿基的DNA雙鏈(dsDNA)在TDN的頂部聚合生長。隨著銅離子絡合在富含AT堿基的dsDNA上,每個dsDNA模板化的Cu NCs探針可以被原位電生成在單個的TDN頂端。因此,Cu NCs的粒徑大小由dsDNA的AT堿基數(shù)調節(jié),而探針之間的側面距離被TDN的尺寸調節(jié),這兩個關鍵因素都將顯著地影響Cu NCs的發(fā)光效率。Cu NCs通過雙向調節(jié)獲得了顯著的ECL響應,同時超靈敏生物傳感器對miRNA-155的檢測限低至36 amol/L。本研究巧妙地利用DNA納米技術來詳細探討了金屬納米簇的ECL發(fā)光機理,發(fā)掘了以金屬納米簇為基礎構建的生物標記、生物傳感、生物成像以及靶向腫瘤治療平臺的應用潛力。5.基于金納米簇的協(xié)同陰、陽極電致化學發(fā)光構建簡易型生物傳感器用于雙目標物的單界面、同時檢測的研究ECL作為一種可控、靈敏的分析方法為疾病標志物的高通量靈敏檢測提供了可行性平臺。由于雙ECL信號物質之間會產(chǎn)生交叉反應,使得基于雙ECL信號物質構建的雙目標物檢測出現(xiàn)了不可避免的原理性誤差。本工作采用了Au NCs作為單一的ECL信號物質,通過陰極和陽極的共反應促進劑ECL催化路徑,同時激發(fā)Au NCs的雙極ECL發(fā)光。為了達到雙組分靈敏檢測的要求,二氧化鈦納米片(TiO_2 NSs)為陰極共反應促進劑催化共反應試劑溶解氧的還原從而促進Au NCs在-1.5到0.0 V產(chǎn)生陰極ECL響應,同時氧化亞銅@銅納米粒子(Cu_2O@Cu NPs)為陽極共反應促進劑加速共反應試劑N,N-二甲基乙二胺(DEDA)的氧化從而促進Au NCs在0.0到1.2 V產(chǎn)生陽極ECL響應。因此,陰極ECL探針(Au NCs-TiO_2 NSs/O_2)和陽極ECL探針(Au NCs-Cu_2O@Cu NPs-DEDA)之間有約為2.7 V的顯著峰值電位差,為單界面上實現(xiàn)電壓分辨雙目標物檢測奠定了堅實的基礎。借由Au NCs陰陽極的顯著ECL響應同時實現(xiàn)癌胚抗原(CEA)和黏蛋白1(MUC1)的靈敏、準確檢測,其檢測限分別為0.43 pg/mL及5.8 fg/mL。本研究巧妙地利用金屬納米簇的雙極ECL響應的特性解決了ECL雙組分同時檢測的難題,為貴金屬納米簇在高靈敏、高通量生物傳感器的發(fā)展開辟了新方向。
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.3;TB383.1;O657.3
【圖文】：

luminol-Pt@AuNFs/ChOx 納米復合物的制備過程及(B)雙重信號e schematic diagrams of (A) show the preparation of luminol-Pt@Athe mechanism of the multiple signal amplification strategy.骨架材料(MOFs)是一種新穎的多微孔材料，具有大的點。在以往的研究中，三(4,4’-聯(lián)二苯甲酸-2,2’-聯(lián)吡啶cbpy)3]2+）展現(xiàn)出了極好的 ECL 性質，同時在它的分子配位反應（如圖 1.2 所示）。借此，Xiong 等在正丙醇[14]2+

圖 1.4 MoS2QDs 的 ECL 機理。he possible luminescence mechanism 料中，碳量子點作為一種碳基零原料來源廣、成本低、生物相容

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本文編號：2727591