近年来,纳米技术已经成为分析化学学科中最前沿的技术手段之一,多种纳米材料,如纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米复合物和半导体量子点等,均在生物分析中得到广泛应用。纳米材料由于其尺寸小(一般在1-100 nm范围内),比表面积大,因此表现出与体材料截然不同的光电性质以及化学性质,如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,在构建新型化学生物传感器方面具有独特的优势和广阔的应用前景。其中,金纳米材料由于具有合成简单方便,稳定性好,易于修饰,表面等离子共振波长可调等优良性质,在过去二十年里,受到了科研工作者们的重点关注,并广泛地应用于生化分析传感领域。金纳米材料的引入,不仅使得分析传感在选择性、灵敏度及重现性等方面得到了极大的改善,还因此发展了许多分析传感的新原理及新方法。基于以上考虑,本文开发了一系列基于新型金纳米材料的生化分析传感体系,用于与人类健康息息相关的血糖、小分子、酶活性等方面的检测。本文的要点归纳如下:(1)发展了一种基于羟基自由基(·OH)氧化蚀刻行为的新型快速调控金纳米棒尺寸大小的方法。高浓度的双氧水(H2O2)可以直接氧化蚀刻金纳米棒,而羟基自由基的氧化性又远强于H2O2,因此,通过在对金纳米棒的氧化蚀刻反应中引入·OH,可以大大加快蚀刻速度。研究发现,10 m M和1 m M的H2O2直接氧化蚀刻金纳米棒分别需要12 h或者更长时间,而通过Fenton反应产生的·OH则只需要几十分钟至几个小时即可,大大节约了实验时间和成本。通过此方法,任意尺寸的金纳米棒都可以通过氧化蚀刻更大尺寸的金纳米棒而获得,且尺寸分布窄,避免了金纳米棒尺寸的批次差异性问题。而且,该方法反应条件温和,无需加热。(2)开发了一种基于葡萄糖氧化酶(GOx)调控的金纳米棒氧化蚀刻的等离子体血糖传感器。该传感器利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化产生H2O2,再经Fenton反应生成的·OH来氧化蚀刻金纳米棒,根据金纳米棒纵向表面等离子共振峰的偏移程度以及颜色的变化,可以实现对葡萄糖的可视化检测。该分析方法的线性范围为0.1–1 m M,检测限为0.1 m M。通过提高Fenton试剂的浓度,可以将检测时间缩短到15 min,检测的线性范围变为1–8 m M,检测限为1 m M。此时,人体正常的血糖浓度正好落在这个线性范围内,同时提高了检测速度和对血糖检测的简便程度,可直接用于血糖的分析。而且,该传感器具有很好的选择性,避免了传统电化学检测葡萄糖方法中遇到的干扰问题。此外,本传感器还被进一步用于人体血清实际样品的血糖分析,并与商业化的方法进行了结果比对,相对标准偏差在2%左右,具有很高的精准度。(3)设计了一种基于金纳米颗粒(Au NPs)信号放大作用的无标记型电化学方法用于高灵敏检测ATP。利用ATP与含有其核酸适体的目标响应DNA(TRDNA)之间的特异性结合,使得TRDNA与固定在电极表面的锚定DNA(ADNA)解链而远离电极表面,此时功能化修饰Au NPs的报告DNA(RDNA-Au NPs)则与ADNA互补杂交从而连接到电极表面。由于DNA-Au NPs带有大量的负电荷,电活性物质Ru Hex便可通过静电作用吸附在RDNA上,因此可通过电化学计时电量法用于检测ATP。研究发现,通过引入Au NPs,该方法的灵敏度明显提高,并且具有很宽的线性范围(1 n M–1×107 n M)和较低的检测限(0.2 n M),比之前文献报道的许多基于核酸放大方法的适体传感器的检测限低2个数量级左右。此外,基于同样的传感方法,对DNA序列进行适当改变并选择合适的核酸适体,该方法可扩展到对其他小分子物质的检测,是一种潜在的通用型的小分子检测方法。(4)构建了一种基于Au NPs与增强型绿色荧光蛋白(EGFP)之间FRET的荧光分析方法用于凝血酶活性的无标记检测。N端带有凝血酶酶切位点和组氨酸标签的EGFP可以通过His-Au的配位作用吸附到Au NPs表面,并发生FRET导致其荧光淬灭。当凝血酶存在时,凝血酶会特异性切断EGFP与组氨酸标签之间的酶切位点,使EGFP与His-tag分离,从而远离Au NPs表面,荧光强度依然保持在较高水平。因此,根据这种荧光强度的变化可以用于凝血酶活性的分析。研究发现,该方法分别对0.1 U/m L–1 U/m L与0.005 U/m L–0.05 U/m L的凝血酶有线性响应,最低可检测浓度为0.005 U/m L。此外,本方法还进一步应用到凝血酶的抑制剂水蛭素的分析,并估算得出其半抑制浓度IC50值为1.38 n M。(5)开发了一种新型的“turn on”模式荧光分析方法用于过氧化氢的高灵敏检测。在本方法中,由于静电及荧光共振能量转移的作用,阳离子共轭聚合物(CCP)的荧光能够被Ag NPs有效淬灭,而Ag NPs又能被H2O2氧化蚀刻,从而使得CCP的荧光恢复,此时CCP荧光信号强度与H2O2的浓度直接相关,且在0.1–1 m M浓度范围内呈线性关系,最小可检测浓度为0.1 m M。此外,该方法还进一步应用于诸如医用过氧化氢消毒液、自来水以及山泉水等实际样品中过氧化氢的定量检测,具有一定的实用性。