论文部分内容阅读
蛋白质是组成人体细胞、组织的重要成分，氨基酸是蛋白质的基本单位。人体中蛋白质与氨基酸的含量升高或降低会引发一系列的疾病，蛋白质和氨基酸的检测已是分析化学领域的重要课题。光电化学(Photoelectrochemical，PEC)分析是基于光电化学过程的新型检测技术。PEC生物分析具有仪器设备简单、操作方便、灵敏度高等优点，已成为生命分析领域重要的研究前沿之一。尽管PEC生物分析有着突出的优点，但与传统电化学方法和光学分析方法相比，其发展时间较短，目前已开发检测模式有限，信号传导机制研究也较少。鉴于此，构建新型PEC生物传感器，开发新的检测模式以及信号传导机制研究很有必要。因此，本论文开展了以下两个工作：
1.基于脂质体构建生物酶催化沉淀光电化学免疫传感
利用TiO2纳米管(Nanotubes，NTs)复合电极和包裹大量酶分子的脂质体，这项工作构建了基于酶催化沉淀(Biocatalyticprecipitation，BCP)放大的高灵敏PEC免疫分析新模式。通过静电吸附层层组装方法，将Au纳米簇(NCs)、Au纳米粒子(NPs)组装在TiO2NTs电极上，我们首先制备了AuNCs/AuNPs/TiO2NTs(AAT)纳米复合电极。同时，我们制备了小单室脂质体，分别在其内腔中包裹辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase，HRP)，外表面标记抗体。利于上述功能化脂质体为标记物，我们在96孔板中构建三明治夹心免疫复合物，随后将该脂质体裂解，释放HRP到AAT纳米复合电极表面催化发生BCP反应。由于位阻效应，表面生成沉淀的AAT纳米复合电极光电流下降，且光电流的下降与释放的HRP的量密切相关，从而实现对目标物免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)的高灵敏、高选择性检测，线性范围为0.1pgmL-1-1ngmL-1，检测限可达0.1pgmL-1(S/N=3)。这种基于脂质体放大BCP的简单、灵敏的新型免疫分析模式，可作为一种通用的PEC免疫分析方法扩展到多种其他目标分子的检测。
2.基于CuO光阴极构建半胱氨酸光电化学传感
目前，基于光阳极的PEC生物分析方法占主导地位，其检测过程中通常需要电子供体(如抗坏血酸)，因此其抗还原性物质干扰的能力较差。相对而言，还原性物质对光阴极干扰较小。我们利用碱刻蚀方法结合退火过程，制备了新型CuONTs光阴极，并将其用于对一种重要含硫氨基酸半胱氨酸(Cysteine，Cys)的检测。结果表明，由于CuO与Cys之间的独特相互作用，该电极对Cys呈现了高灵敏和高选择性响应。该传感器对Cys的检测范围为0.1μM-1.8μM，检测限可达0.05μM(S/N=3)。通过电子扫描电镜(SEM)、能量色散x射线能谱(EDX)、元素分析(Mapping)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼谱(Raman)和质谱(MS)等表征手段，对反应过程中生成的产物进行分析、探究，确证了Cu-S键和胱氨酸的生成，根据生成产物的信息，推测了二者之间的反应机理，确定了二者之间的化学反应。本工作为PEC分析中基于铜基氧化物半导体的巯基化合物检测提供了合理解释。
1.基于脂质体构建生物酶催化沉淀光电化学免疫传感
利用TiO2纳米管(Nanotubes，NTs)复合电极和包裹大量酶分子的脂质体，这项工作构建了基于酶催化沉淀(Biocatalyticprecipitation，BCP)放大的高灵敏PEC免疫分析新模式。通过静电吸附层层组装方法，将Au纳米簇(NCs)、Au纳米粒子(NPs)组装在TiO2NTs电极上，我们首先制备了AuNCs/AuNPs/TiO2NTs(AAT)纳米复合电极。同时，我们制备了小单室脂质体，分别在其内腔中包裹辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase，HRP)，外表面标记抗体。利于上述功能化脂质体为标记物，我们在96孔板中构建三明治夹心免疫复合物，随后将该脂质体裂解，释放HRP到AAT纳米复合电极表面催化发生BCP反应。由于位阻效应，表面生成沉淀的AAT纳米复合电极光电流下降，且光电流的下降与释放的HRP的量密切相关，从而实现对目标物免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)的高灵敏、高选择性检测，线性范围为0.1pgmL-1-1ngmL-1，检测限可达0.1pgmL-1(S/N=3)。这种基于脂质体放大BCP的简单、灵敏的新型免疫分析模式，可作为一种通用的PEC免疫分析方法扩展到多种其他目标分子的检测。
2.基于CuO光阴极构建半胱氨酸光电化学传感
目前，基于光阳极的PEC生物分析方法占主导地位，其检测过程中通常需要电子供体(如抗坏血酸)，因此其抗还原性物质干扰的能力较差。相对而言，还原性物质对光阴极干扰较小。我们利用碱刻蚀方法结合退火过程，制备了新型CuONTs光阴极，并将其用于对一种重要含硫氨基酸半胱氨酸(Cysteine，Cys)的检测。结果表明，由于CuO与Cys之间的独特相互作用，该电极对Cys呈现了高灵敏和高选择性响应。该传感器对Cys的检测范围为0.1μM-1.8μM，检测限可达0.05μM(S/N=3)。通过电子扫描电镜(SEM)、能量色散x射线能谱(EDX)、元素分析(Mapping)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼谱(Raman)和质谱(MS)等表征手段，对反应过程中生成的产物进行分析、探究，确证了Cu-S键和胱氨酸的生成，根据生成产物的信息，推测了二者之间的反应机理，确定了二者之间的化学反应。本工作为PEC分析中基于铜基氧化物半导体的巯基化合物检测提供了合理解释。