纳米发光材料的电化学发光生物传感及其在猪流行性腹泻病毒检测中的研究

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猪流行性腹泻病毒(porcine epidemic diarrhoea virus,PEDV)是一种高接触性动物病毒,能引发毁灭性肠道传染疾病,致死率极高,严重影响食品原料安全。由于现存分析方法的局限性,发展新的分析方法对保障食品安全具有重要的意义,特别是构建速度快、灵敏度高、过程简单的方法用来检测PEDV尤为重要。电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL),是一种结合电化学和光谱学的功能强大的分析技术,在痕量目标物检测中具有潜在的应用前景。目前以ECL为手段的检测方法主要存在几个问题:第一,ECL信号弱,难以达到所需要的灵敏度;第二,有些共反应剂体系,如三正丙胺作共反应剂时,具有毒性,挥发性和腐蚀性;第三,传统材料的背景信号高,稳定性较差。本文针对以上背景,结合信号放大技术、新型共反应剂和新材料的合成及不同的信号输出方式等手段研究了PEDV的灵敏、安全、稳定和快速的分析检测。主要内容从以下四章展开:1、基于滚环放大和DNA修饰的联吡啶钌掺杂二氧化硅纳米粒子标签的电化学发光法检测PEDV抗体低丰度蛋白的超敏检测对于各种病毒的早期诊断具有重要意义。为了达到满意的结果,本章提出了一种新的多途径信号放大策略,构建了PEDV抗体的高灵敏电致发光传感器。该传感以抗体-抗原反应为识别单元,金纳米颗粒修饰石墨烯纳米片为基底,以级联的联吡啶钌掺杂二氧化硅纳米粒子与DNA相连为信号标签,滚环扩增技术增强信号,对ECL信号实现了放大,实现对PEDV抗体的灵敏检测。该方法的检测限为0.05 pg/m L(S/N=3),检测范围为0.1 pg/m L到5 ng/m L。该方法制备简单,操作快速,灵敏度高,稳定性好,并成功用于血清中的PEDV抗体的定量分析。2、卟啉锆基金属有机框架PCN-224(Zirconium-Based Porphyrinic Metal-Organic Framework)的电化学发光特性研究以中-四(4-羧基苯基)卟吩(meso-tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin,TCPP)结合锆簇而形成的金属有机框架PCN-224,是一种多孔的立方体结构,具有大的比表面积和较稳定的光化学性质。作为一种新的电化学发光材料,重点探索了湮灭电化学发光机理和共反应剂的电化学发光相关性质。结果表明,PCN-224具有湮灭途径的电化学发光;在0.05 mol/L K2S2O8为共反应剂的溶液中,ECL信号强且稳定,其发光效率达到6.8%。本研究探索了新型的电化学发光材料,不仅完成了PCN-224的ECL性能的基础研究,而且为PCN-224复合材料构建ECL生物传感器开辟了道路。3、基于TiO2敏化PCN-224的电化学发光信号开关用于PEDV检测以TiO2放大PCN-224电化学发光信号,本章构建了基于新型三元ECL体系PCN-224/K2S2O8/TiO2的生物传感器用于PEDV检测。采用TiO2纳米颗粒作为共反应促进剂,在阴极促进了共反应物K2S2O8的还原化过程,并显著提高了PCN-224的ECL信号,得到放大的初始信号。采用Signal-off检测模式发展了PEDV的ECL生物传感器,该方法在1 pg/m L到10 ng/m L浓度范围之间具有良好的线性关系,检测限低至0.4 pg/m L(S/N=3)。该方法丰富了PCN-224/K2S2O8体系在ECL系统中的应用,为生物分析提供了一种新的策略。4、Pt-Au空心棒增大鲁米诺信号与PCN-224比率型ECL用于PEDV检测为了提高猪流行性腹泻病毒检测的灵敏度,基于电化学发光能量共振转移(ECL-RET)原理,以鲁米诺作为能量供体,PCN-224作为能量受体,设计了一种比率型电化学发光传感器用于PEDV的检测。在饱和氧气的过硫酸钾溶液中,Luminol利用共反应剂O2产生强的ECL信号,空心的金铂棒利用其催化作用对ECL信号进行放大;当有目标物存在时,PCN-224的浓度增加,Luminol的ECL信号会被PCN-224以过硫酸钾做为共反应剂产生的信号所猝灭。所构建的生物传感器,在0.01 pg/m L到10 ng/m L范围内PEDV的浓度与ECLPCN-224/ECLLuminol的值呈现良好的线性关系,检测限为3 fg/m L(S/N=3)。利用Luminol-PCN-224作为ECL-RET体系中新的供体-受体对,在ECL生物分析应用中具有很大潜力。
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