【摘 要】
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人类活动对海洋的污染日益严重。进入海洋的污染物质最终将对人类和其他生物健康产生不可逆转的伤害。因此,对海洋污染物的灵敏检测至关重要。电化学发光(ECL)传感器集成了电化学分析和化学发光分析技术独特的分析优势,在整个ECL过程中不需要施加外部光源,弥补了单独光谱学分析存在较大背景信号的缺点,并以灵敏度高、时间和空间可控、操作简单、动态范围宽和稳定性强等优点在免疫分析、环境污染物监测、细胞传感、医学检
【基金项目】
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国家自然科学基金(51973102); 山东省自然科学基金(ZR2019MB067); 青海省基础研究计划(2021-ZJ-710);
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人类活动对海洋的污染日益严重。进入海洋的污染物质最终将对人类和其他生物健康产生不可逆转的伤害。因此,对海洋污染物的灵敏检测至关重要。电化学发光(ECL)传感器集成了电化学分析和化学发光分析技术独特的分析优势,在整个ECL过程中不需要施加外部光源,弥补了单独光谱学分析存在较大背景信号的缺点,并以灵敏度高、时间和空间可控、操作简单、动态范围宽和稳定性强等优点在免疫分析、环境污染物监测、细胞传感、医学检测等领域被广泛应用。Ru(bpy)32+及其衍生物和半导体量子点材料都具有良好的ECL性能,但是却具有水溶性强的特点,不利于其在电极表面的固定,导致ECL传感器的分析性能下降,并且使发光体材料的损耗增加,限制了它们在ECL传感分析中的应用。本论文将Ru(bpy)32+和CdS:Mn量子点分别与MOF材料复合,制备了具有优异电化学发光强度和电化学发光稳定性的复合材料。同时,为了提高ECL传感器的选择性、灵敏度和准确性,将具有特异性亲和作用的适体、具有循环催化切割功能的DNAzyme Walker以及对ECL信号具有猝灭作用的二茂铁分子用于ECL传感器的构建,以实现对海洋抗生素污染物的快速、超灵敏和选择性检测。本论文的主要内容如下:1.基于Ru@Zn-oxalate MOF复合材料的“开-关-开”型电化学发光适体传感器及其磺胺二甲氧嘧啶检测应用本工作构建了一种基于Ru@Zn-oxalate MOF复合材料的“开-关-开”型ECL适体传感器,并将其应用于磺胺二甲氧嘧啶(SDM)的高选择性和灵敏检测。该传感器以具有优异ECL性能的Ru@Zn-oxalate MOF作为发光体,利用二茂铁分子(Fc)作为传感器ECL信号调控的开关,通过磺胺二甲氧嘧啶和其适体之间的特异性亲和作用实现对SDM特异性的高灵敏度检测。同时,“开-关-开”型的ECL适体传感器构建策略也可以显著降低假阳性信号,提升传感器的分析性能。所提出的ECL适体传感器与其他检测SDM的方法相比具有良好的分析性能,其检测范围为100 f M-500 n M,检测限低至27.3 f M。该传感器在对实际海水样品的分析中也表现出令人满意的检测效果,有望在海洋环境污染检测方面发挥作用。2.基于Ru@MOF复合材料和DNAzyme walker循环放大技术的电化学发光生物传感器及其卡那霉素检测应用本工作利用Ag+-DNAzyme对底物链的催化切割作用,以硫酸卡那霉素(KANA)适体作为挂锁链在Ru@MOF修饰电极表面组装DNAzyme walker,构建了一种超灵敏和高选择性的用于KANA检测的电化学发光生物传感器。在该传感器中,底物链一端修饰的二茂铁(Fc)对Ru@MOF的ECL信号具有显著的猝灭作用,通过调节电极表面二茂铁的含量可以改变Ru@MOF的ECL信号强度,有利于提高传感器的灵敏度。在KANA存在时,KANA适体会与KANA发生特异性结合,使DNAzyme与底物链形成酶结构。KANA适体和KANA之间的特异性识别和结合作用保证了传感器在检测过程中具有良好的选择性。当Ag+存在时,DNAzyme的催化活性被激活,并将与其互补的底物链切成两段。完成切割作用后的DNAzyme将与未被切割的底物链再次结合,进行下一次催化剪切,使大量的二茂铁离开电极表面,进而放大传感器的ECL信号,使传感器的灵敏度大幅提高。该ECL生物传感器对KANA的分析性能优异,检测浓度范围在30 p M到300μM,检测限低至13.7 p M。该传感器在对实际海水样品进行检测时也表现出了令人满意的实际应用效果。3.基于新型电化学发光材料CdS:Mn@HZIF-8的ECL适体传感器及其磺胺二甲氧嘧啶检测应用本工作利用制备的新型电化学发光复合材料CdS:Mn@HZIF-8构建了一种用于快速、灵敏和高选择性检测磺胺二甲氧嘧啶(SDM)的ECL适体传感器。在该传感器中,CdS:MnQDs和HZIF-8的成功复合降低了CdS:MnQDs在水溶液中的扩散性,使CdS:Mn@HZIF-8发光体具有良好的ECL性能。用CdS:Mn@HZIF-8电化学发光材料修饰电极,可以通过静电吸附作用以及π-π堆叠作用将末端修饰了二茂铁的SDM适体固定在修饰电极表面,猝灭CdS:Mn@HZIF-8的ECL信号。当SDM存在时,SDM适体链会与SDM发生特异性的结合作用并离开CdS:Mn@HZIF-8/GCE修饰电极表面,使传感器的ECL信号重新恢复,实现对SDM的选择性和灵敏检测。该ECL适体传感器对SDM的线性浓度检测范围在100 p M-1 m M,检测限为28.6 p M。该传感器的构造过程简单,对实际样本中SDM的检测也具有良好效果。
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