论文部分内容阅读
本论文将贵金属纳米粒子（金纳米粒子）、碳纳米管与聚合物（聚邻苯二胺、壳聚糖和聚赖氨酸）和离子液体相结合，制备了不同类型的纳米材料复合物，并以此构建传感界面应用于生物传感、细胞直接电化学领域；采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）、X射线能量散射谱（EDS）、表面等离子体共振（SPR）、电化学循环伏安、方波伏安、电化学交流阻抗等分析测试技术，详细研究了纳米材料复合物修饰电极的形貌、结构及其对生物大分子（还原型辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，NADH）的电催化性能；构建了纳米材料复合物基抗原、辅酶电化学／表面等离子体共振生物传感器；并将其应用于肿瘤细胞直接电化学特性研究。有鉴于此，在广泛的文献工作基础上，本论文中开展了以下创新研究工作：1．综述了纳米材料在生物电催化，生物传感及细胞电化学方面的应用，并对电化学／表面等离子体共振技术的原理及其在生物传感方面的应用进行了概述。2．采用电化学聚合法在金电极表面修饰邻苯二胺聚合膜（PoPD），然后将金纳米粒子（AuNPs）组装在聚邻苯二胺／金电极表面，以制备金纳米粒子／聚邻苯二胺／金（AuNPs／PoPD／Au）传感界面用于人免疫球蛋白抗体（anti-IgG）的固定及相应抗原（IgG）的简单、灵敏、无标记免疫检测。利用电化学-表面等离子体共振（SPR）方法对PoPD聚合膜的增长、AuNPs组装、抗体的固定及抗原-抗体相互作用进行了实时监测研究。结果表明：将金纳米粒子与邻苯二胺聚合膜相结合，可显著提高免疫检测的灵敏度和抗非特异性吸附性能。采用AuNPs／PoPD／Au电极对IgG进行SPR免疫检测，其检测限和线性范围分别为0.1μg mL-1、0.8 to 38.5μg mL-1。另外，对此免疫电极检测重现性、实际血样检测应用等性能也进行了研究。3．将室温离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸，BMIM·BF4）、多壁碳纳米管（MWNTs）、壳聚糖（CHIT）三者的优点相结合，制备了一种新型纳米材料复合物传感界面，并将其用于NADH的直接电化学氧化和检测研究。采用FTIR、TEM、SEM、EDS等表征方法对BMIM·BF4／MWNTs／CHIT复合材料的微观形貌、结构及成分进行了研究。结果表明：BMIM·BF4／MWNTs／CHIT在水溶液中具有很好的分散性能，并且能形成具有特定结构的较均匀的薄膜。利用电化学方法对BMIM·BF4／MWNTs／CHIT／GC电极对NADH的电催化性能进行了研究，表明离子液体、碳纳米管、壳聚糖三者具有协同效应，能降低NADH的氧化电位，提高伏安响应。另外，BMIM·BF4／MWNTs／CHIT／GC电极对NADH检测具有高灵敏度（检测线性范围0.2-26μM，检测限达到0.06μM）、优良的再生性能和抗污染性能。BMIM·BF4／MWNTs／CHIT／GC电极作为一种电化学换能器，可用于设计不同种类的电化学脱氢酶生物传感器。4．将碳纳米管大的比表面积、优良的电催化活性与聚-L-赖氨酸在细胞固定、促进碳纳米管分散及电极制备方面的优点相结合，制备了多壁碳纳米管／聚-L-赖氨酸（MWNTs／PLL）复合材料，用于人乳腺癌细胞（MCF-7）的固定及直接电化学研究。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱对MWNTs／PLL／GC的微管形貌、结构进行了表征；利用循环伏安、方波伏安等对MWNTs／PLL／GC电极的电化学特性、生物兼容性、MCF-7细胞在CNTs／PLL／GC电极上的电化学响应特性进行了详细研究；同时对抗癌药物阿霉素（ADR）对细胞电化学响应的影响进行了初步探讨。结果表明：MWNTs／PLL在水溶液中具有很好的分散性能，可在电极表面形成均匀MWNTs／PLL复合物膜；所制备的MWNTs／PLL／GC电极有利于细胞活性保持，具有很好的生物兼容性；有利于MCF-7细胞的电化学氧化（较低的氧化峰电位），并可大大提高细胞电化学伏安响应信号；MCF-7细胞经抗癌药物处理后，其在MWNTs／PLL／GC电极表面的电化学伏安信号减弱。MWNTs／PLL复合物作为一种具有优良电催化性能的生物亲和型材料在细胞电化学研究及体外药物作用筛选方面具有很好的应用前景。