基于卟啉分子光电化学免疫传感器的制备及在生物分析中的应用研究

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光电化学(PEC)检测技术逐渐成为生物分析的一种新兴手段,因其信号激发系统与信号转换与检测系统完全分离,对目标检测物具有较低的背景干扰,同时具有选择性好、高灵敏度以及低成本等优点,现已被广泛应用于食品、肿瘤细胞分析、临床检测等领域。为了实现对生物标志物的高灵敏分析,设计开发稳定且信号强的PEC光活性材料对于构建新型PEC生物传感器来说是至关重要的。卟啉分子及其衍生物具有快速电子注入和缓慢的电荷重组动力学,以及强可见光吸收特性等优点,这为PEC生物传感的开发提供了新思路。而卟啉分子水溶液中无序堆积及光电子传递途径受阻导致光电化学信号较弱等缺点限制了其在光电化学免疫传感中的应用。因此,探究卟啉分子光电化学信号增强机理,构建灵敏生物传感器用于生物检测的研究十分重要。本论文以卟啉作为主要的光活性材料,尝试不同光电信号放大策略并用于构建无标签PEC生物传感器对生物标志物的超灵敏分析,主要包括如下工作:1.基于N掺杂纳米ZnO与原卟啉IX的PEC信号放大构建生物传感器。以沸石型咪唑骨架(ZIF-8)为前驱体制备N掺杂ZnO为阴极增强基底放大原卟啉IX的光电信号并构建脑利钠肽PEC生物传感器。结果表明该策略对卟啉的光电信号增强约6.3倍并实现了对目标检测分子的超灵敏检测,传感平台具备优异的选择性及特异性,对目标分子的检测的宽范围的分析及低的检测灵敏度为心血管疾病临床诊断中的超敏感生物分析提供了一种新的手段。2.基于离子液体与原卟啉IX静电组装新型聚集增强的PEC光敏剂构建细胞传感器。通过将离子液体与原卟啉IX静电组装制备的新型聚集增强PEC光敏剂涂敷在电极上,电沉积Au NPs作为apt DNA的瞄点,构建了一种无标签细胞传感器用于急性淋巴白血病(molt-4)细胞的超灵敏检测。在最优条件下,利用空间位阻效应对molt-4细胞进行超灵敏分析。3.卟啉原位静电组装构建PEC传感及在HCT-116细胞检测中的应用。该工作通过原位静电组装策略制备了一种稳定性优异,光电子转移路径畅通的工作电极以此构建原位组装增强型PEC生物传感平台。结合磁珠循环策略实现了对直肠癌细胞(HCT-116)的超灵敏分析。构建的PEC生物传感器展现了宽的线性范围及实现了对目标细胞的单细胞的监测。本文三个工作采用了不同的增强方式对卟啉信号进行改善。首先借用无机纳米材料作为增强基底对卟啉的信号放大,该方式虽然取得不错的效果,但并没有从根本上解决其在水溶液中无序堆积等缺陷;接着通过离子液体与卟啉静电组装使得堆积更加有序,信号得到进一步放大,以此构建的生物传感展现出优异的分析性能;而工作电极稳定性及生物分析复杂过程刺激了基于原位组装工作电极的制备及用于癌症细胞简单检测传感器的构建。
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