基于纳米材料放大策略构建的电致化学发光检测平台

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基于纳米材料的电致化学发光(ECL)生物传感器是将生物分子的特异性识别性能与纳米材料参与的ECL测试方法相结合的传感器件,由于具有较高的灵敏度和较低的背景信号而受到人们广泛的关注。纳米材料的引入使得ECL传感器的性能得到极大的提高,基于纳米材料的放大策略主要有以下几种:通过对纳米材料的改性或官能团的修饰从而提高发光体的发光效率;通过提高导电性能及增加活性表面积等加速ECL反应的电子转移,提高激发态的产率;通过DNA扩增或纳米材料富集等方式,增加信号分子的负载数量。本论文分别利用以上三种基于纳米材料的ECL发光策略,利用对共反应剂过氧化氢(H2O2)与过二硫酸钾(K2S2O8)的调控和C-Ag+-C结构的形成,构建了用于检测p53基因序列,多巴胺(DA),银离子(Ag+)的具有高灵敏度和选择性的ECL传感器。1.与石墨烯量子点(GQDs)相比,酰肼修饰的GQDs(HM-SGQDs)具有丰富的类鲁米诺基团,其ECL性能得到了大幅度的提高。此外,由于鲁米诺涉及的ECL体系通常需要H2O2作为共反应剂,而G-四联体/血红素脱氧核酶可以有效地催化H2O2的分解。在此,以p53基因为目标物,基于HM-SGQDs和G-四联体/血红素脱氧核酶构建了一种新型ECLDNA生物传感器。当目标DNA存在时,被“锁定”在具有发夹结构的probe DNA中的富含鸟嘌呤(G)的片段从双链中释放。在K+和血红素的参与下,富含G的DNA序列被组装成为G-四联体/血红素脱氧核酶,使H2O2分解,导致ECL信号减弱。最终,以“signal-off”的方式定量检测了目标DNA。同时,本工作中构建的传感器也实现了对DNA单碱基错配的检测,表明该检测方法在核酸相关的临床诊断方面的应用也具有潜在价值。2.采用绿色且简单的方法将金纳米粒子(Au NPs)原位生长在二硫化钨(WS2)纳米片的表面。除了具有阻碍纳米片堆叠的作用外,Au NPs良好的导电性还增强了纳米片之间的电子转移。此外,制备的Au-WS2纳米复合材料表面的缺陷可以加速ECL反应过程中的电子转移并增大电极表面溶解氧的浓度。我们首次观察到了 Au-WS2纳米复合材料增强的ECL信号,并将其进一步用于构建无损和无标记的分析界面。Au-WS2纳米复合物可以显著地增强S2O82-/O2的ECL强度,而共反应剂S2O82-却会被目标物DA消耗,从而导致ECL信号猝灭。不同于传统的ECL传感器中纳米材料参与ECL反应,该ECL检测界面上的材料结构不会被检测过程破坏,所以该界面可以在一次构建后至少连续6次定量检测DA。另外,本工作构建的ECL界面可以准确地监测由K+和nifidipine控制的PC12细胞中释放的DA,对于DA相关研究显示出一定的潜力。3.基于胞嘧啶-Ag+-胞嘧啶(C-Ag+-C)结构的高电荷转移效率,利用AuNPs对信号的放大策略构建了简便的无标记型ECL生物传感器,用于高灵敏检测Ag+。首先,probe DNA依靠Au-S键连接到金电极表面,随后将修饰有link DNA的尺寸均一的AuNPs与probe DNA杂交连接到电极表面。若在杂交过程中加入一定浓度的Ag+孵育,由于形成稳定的C-Ag+-C结构,将会诱导Au NPs的大量聚集,提高电子传输效率。C-Ag+-C具有与T-Hg2+-T相似的结构,表现出同样显著的电荷转移效率,而Au NPs的富集进一步诱导形成了大量的C-Ag+-C结构,加快了传感器的电子传输性能。该生物传感器的ECL强度随着Ag+浓度的增加而提高,并与Ag+浓度的对数呈线性关系,表现出了高的灵敏度和良好的应用前景。
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