基于银纳米功能材料的医学与环境传感检测技术

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银(Ag)纳米功能材料因其具有良好的催化活性、导电性、生物相容性,以及光电性能,一直是催化、医学抗菌、光电传感等多个领域的研究热点。本文将银纳米功能材料分别与二氧化钛(TiO2)、三聚氰胺(MA)以及血红素(Hemin)相结合,构建了三种高性能的传感检测平台,分别实现了炭疽病毒DNA、汞离子(Hg2+)、血糖等医学与环境标志物的高效比色分析。主要研究内容包括:(1)发展了一种基于浸润性微井阵列与光催化银沉积信号放大途径的传感分析技术,用于血液中炭疽病毒DNA的可视化比色检测(第二章)。首先采用聚丙烯酸、十六烷基三甲氧基硅烷以及氢氧化钠等试剂,在玻璃板上构筑疏水性基底和亲水性微井,进而在微井中固定多巴胺包覆的TiO2纳米颗粒,用以通过共价键合固定炭疽病毒DNA捕获探针,经与目标DNA链杂交后,再引入核酸外切酶I(Exo I)选择性剪切未杂交的单链探针DNA,然后,利用TiO2光催化与鸟嘌呤的光还原性能进行银沉积信号放大,实现对炭疽病毒DNA的可视化比色分析。研究表明,所构建的微井阵列不仅可借助其浸润性界面实现对DNA分析物的富集而获得高检测灵敏度,而且可规避样品液滴之间的交叉污染。由此建立的可视化微井阵列比色传感平台,可实现血液中炭疽病毒DNA的超灵敏分析(检测限达1.0fM),并能准确地识别单碱基和双碱基突变DNA序列。(2)构建了一种基于介孔银三聚氰胺(Ag-MA)纳米复合材料的Hg2+传感分析与清除技术(第三章)。采用可控的超分子自组装的途径,制备了具有低类过氧化物酶催化活性不同形貌的介孔Ag-MA复合材料,发现棒状复合材料中Ag成分可通过与Hg2+形成Ag-Hg合金,提高其类过氧化物酶催化活性。同时,该Ag-MA纳米复合材料不仅具有较高的比表面积和环境稳定性,而且其中MA可通过与Hg2+的高选择性配位作用,达到对Hg2+的高效吸附富集。由此发展的基于Ag-MA复合材料催化功能的Hg2+传感检测技术,可实现对血液样品中Hg2+的高灵敏比色分析(检测限为0.025 nM);此外,以该纳米复合材料为吸附剂清除废水中Hg2+,获得了99.76%的去除率和598.99 mg/g的吸附量。(3)建立了一种基于金-银血红素模拟酶与葡萄糖氧化酶的血糖比色法(第四章)。将血红素活化后与MA键合形成MA-Hemin复合物,进而将之作为模板,于碱性条件下引入一定比例的金与银离子,制得MA-Hemin-Au-Ag纳米模拟酶,并系统地考察了其催化动力学。研究表明,该模拟酶具有较高的类过氧化物酶活性,将之与葡萄糖氧化酶结合形成纳米复合酶,成功地实现了对H2O2和血糖的快速、灵敏的比色分析(检测限达2.50μM和1.80μM)。
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