纳米复合材料的组装与免疫传感研究

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将抗原-抗体特异性反应与光、电化学传感技术相结合发展起来的免疫传感器具有选择性好、灵敏度高、操作方便、成本低廉且易于实现微型化等优点,在临床诊断、药物分析、环境和食品质量监控等领域得到了广泛应用。随着纳米技术的发展,各种纳米材料已应用到分析化学领域。检测灵敏度的提高又是分析化学领域中最为关注的问题之一。本论文正是在这一研究背景下,致力于研发新型的免疫分析标记物来提高分析灵敏度。将纳米技术、分析技术、生物技术有机结合起来,着重围绕纳米复合材料的组装及其在免疫分析中的应用开展研究,主要内容如下:  1.具有荧光和超顺磁多功能碳酸锰微球的合成及其在免疫分析中的应用  合成了具有荧光和超顺磁多功能的碳酸锰微球,并结合抗体分子用于生物探针的构建及免疫分析。Fe3O4@MnCO3微球是通过一步共沉淀法制备而成;通过层层组装,在Fe3O4@MnCO3微球表面负载CdTe量子点,从而获得具有荧光和超顺磁多功能的Fe3O4@MnCO3@PEs-CdTe复合微球。由于其具有良好的生物相容性、水溶性以及粗糙的表面,该复合材料可以用来负载高比例的甲胎蛋白抗体分子,从而制备Fe3O4@MnCO3@PEs-CdTe-Ab2生物复合探针。基于此探针,我们发展了一种可以用于蛋白质的荧光成像和电化学免疫分析的多功能传感器。该免疫传感器对甲胎蛋白具有高灵敏性和选择性,其检出限为0.3pg mL-1。  2.碳酸钙/金纳米簇复合材料的制备及其在多功能免疫分析中的应用  通过静电组装的方法将具有荧光特性的金纳米簇(AuNCs)组装到碳酸钙球孔道中成功制备了CaCO3/AuNCs复合材料。CaCO3/AuNCs复合材料具有优良的特性,如多孔结构、良好的生物相容性、水溶性及易降解性能。该复合材料可以用于固定过氧化物酶-抗体分子(HRP-Ab2)生物复合物,构建纳米复合探针。基于CaCO3/AuNCs/HRP-Ab2纳米复合探针,我们构建了一种可以用于荧光和电化学技术检测癌症标志物神经元特异性烯醇化酶(NSE)的免疫分析方法。荧光和电化学方法检测NSE的检测限分别为2.0pgmL-1和0.1pg mL-1。此多功能免疫分析具有很高的灵敏性,有望用于其它蛋白及DNA的检测。  3.银纳米粒子-磷酸钛空心球复合材料的合成及其在超灵敏电化学免疫分析中的应用  创新性地合成了一种新颖的银纳米粒子-磷酸钛空心球(AgNPs-TiP)复合材料,并与抗体结合,构建纳米复合探针对癌症标志物human IL-6进行了电化学免疫分析。首先,通过模板法合成了直径为430nm,壳层厚度为40nm的磷酸钛空心球。通过离子交换作用,银离子可以成功负载到磷酸钛壳中,然后原位还原制备了AgNPs-TiP复合材料。该复合材料具有良好的生物相容性、分散性及很高的银负载量,因此有望成为一种生物分子的固定载体。在本工作中,该复合材料与抗体分子结合,形成Ab2-AgNPs-TiP复合生物探针用于电化学免疫分析。该免疫分析方法对human IL-6的检测灵敏度高,其检测范围为0.0005-10ng/mL,检测限为0.1pg/mL。该方法简单、迅速,可用于其它蛋白及DNA的检测。  4.基于碳纤维一步合成的石墨烯量子点  石墨烯量子点是具有纳米尺寸的石墨烯碎片,具有特殊的光学和电学性能。本文以沥青基碳纤维为原料,提出了一种简易并大量制备石墨烯量子点的方法。合成的石墨烯量子点呈现均匀的二维结构,由1-3层石墨烯厚度组成,并且其边缘大部分为锯齿形结构特征。通过改变合成条件来调节石墨烯量子点的尺寸,从而调节其光致发光性能及能带隙宽。所合成的石墨烯量子点具备发光稳定性、生物相容性和良好的水溶性,因此可以作为光学探针来进行细胞成像和生物分析等应用。
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