【摘 要】
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光电化学(PEC)是近年来发展迅猛的一种新型检测技术,具有灵敏度高、背景信号低、选择性好等优点,在生物传感应用方面取得了很大进展。然而,与传统发展成熟的荧光分析以及电化学相比,PEC检测技术面临着光活性材料稳定性差、光电转换效率要求高和依赖外部光源等局限性。为了解决这些现存问题,该论文主要从以下三个方面开展工作:1、首次合成了具有高稳定性和良好光电活性的β-环糊精功能化的CdS纳米棒(β-CD@C
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光电化学(PEC)是近年来发展迅猛的一种新型检测技术,具有灵敏度高、背景信号低、选择性好等优点,在生物传感应用方面取得了很大进展。然而,与传统发展成熟的荧光分析以及电化学相比,PEC检测技术面临着光活性材料稳定性差、光电转换效率要求高和依赖外部光源等局限性。为了解决这些现存问题,该论文主要从以下三个方面开展工作:1、首次合成了具有高稳定性和良好光电活性的β-环糊精功能化的CdS纳米棒(β-CD@CdS NRs),利用催化发夹组装(CHA)介导的生物催化沉淀(BCP)和金刚烷(ADA)与(β-CD的主客体相互作用,设计了一种新型的用于人类免疫缺陷病毒(HIV)DNA检测的光电化学生物传感器。在HIV DNA存在下,利用发夹DNA1和ADA标记的发夹DNA2引发CHA过程,产生大量的G-四联体,并与氯化血红素(hemin)结合形成hemin/G-四联体模拟酶,催化4-氯-1-萘酚在光电极表面生成不溶性沉淀,因其具有较强的空间阻碍效应,使光电流响应显著降低。在优化的条件下,该生物传感器具有较宽的线性范围(10 fM-1 nM),检测限低至1.16 fM,灵敏度高,稳定性好,在人血清样品中具有良好的可行性。此外,所制备的β-CD@CdS NRs可应用于其它传感平台的构建,在临床诊断中显示出巨大的应用前景。2、β-CD@CdS NRs/WS2 NSs异质结构作为双功能构建块,基于循环链置换反应(SDR)介导的Cu2+猝灭和β-CD与ADA的主-客体相互作用设计了一款超灵敏光电化学生物传感器检测microRNA-21(miR-21),其中β-CD@CdS NRs/WS2 NSs异质结作为信号和连接单元,亲和素标记的CuO纳米粒子(Avidin-CuO NPs)作为猝灭单元。在miR-21存在下,ADA标记的发夹DNA1通过DNA杂交反应打开,并在生物素标记的发夹DNA2(Bio-H2)的辅助下触发SDR循环,产生大量末端修饰生物素的双链DNA。通过生物素-亲和素结合法将Avidin-CuO修饰到电极上,然后用盐酸溶解,释放出的Cu2+与CdS NRs反应生成CuxS,导致光电流响应降低。在最优的条件下,该传感器在0.1 fM-10 pM范围内显示出良好的线性,检测限低至25.1 aM,具有优良的选择性,并应用于人血清样品中miR-21的分析,对某些癌症的早期诊断具有很大的潜力。3、通过溶剂热反应合成同时具有异质结效应和模拟酶特性的MoS2@CdS NRs作为光电活性材料,结合Fe3O4@SiO2@β-CD以及Pb2+-DNA剪切酶设计了一种免物理光源的新型光电生物传感器用于凝血酶高灵敏检测。其中,PbS QDs修饰的DNA链(PbS-S1)通过主客体识别固定在磁珠表面,随后加入凝血酶适配体(S2)与互补链PbS-S1形成双链。当凝血酶加入后,S2与凝血酶结合,使得裸露的PbS-S1被Pb2+-DNA剪切酶(S3)剪切,从而释放PbS QDs修饰的DNA碎片,并通过非共价相互作用组装在MoS2@CdS NRs表面。随后,将制备的光电极放入鲁米诺-H2O2混合溶液中进行光电化学检测。由于纳米棒表面的MoS2 NSs可以催化H2O2使得鲁米诺氧化产生化学发光,而附着在MoS2@CdS NRs表面的PbS不仅可以阻碍MoS2NSs的催化效果,还可以通过能量共振转移抑制MoS2@CdS的光电流,通过双重作用使光电流显著下降,从而定量检测凝血酶。在最优条件下,该传感器检测的线性范围是1 fM-100 pM,并具有0.3 fM的检测限,表现出良好的选择性和实际样品分析能力。这种方法在体系自发光作用下发生光电反应,具有较高的信噪比,有利于光电生物传感器的微型化发展。
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