基于纳米材料信号转换放大策略的构建及其在疾病标志物检测中的应用

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随着纳米材料和纳米技术的发展,纳米材料由于其具有大的比表面积和良好的生物相容性等优异性能,被广泛用于信号转换放大策略的构建并应用于各种生物传感器中。疾病标志物能够反映出人体生理或病理状态是否正常从而对人体健康进行监控,因此建立灵敏度高、响应速度快的分析方法并将其应用于疾病标志物的检测具有非常重要的意义。近年来,双信号分析方法为疾病标志物的的检测开辟了新视角。与单一信号分析方法相比,双信号分析方法可以同时提供两种输出信号,使检测结果更加可靠和准确。基于此,我们将基于纳米材料的信号放大转换策略与比色、荧光、电化学、拉曼等分析方法相结合,构建了几种分析方法并将其应用于疾病标志物的检测。本文的研究内容主要包含以下几个部分:1.利用水热法以邻苯二胺和乙二醇为前驱体合成了碳掺杂的橙黄色荧光碳点(Y-CDs),建立了一种基于Y-CDs和目标诱导银沉积的的荧光/比色双信号分析方法用于多巴胺(DA)的灵敏检测。利用DA将检测液中的银离子还原成银单质并沉积在谷胱甘肽功能化的纳米金表面形成银壳,使得纳米银在416 nm处的吸光度上升,检测液颜色从粉红色变为橙黄色,同时由于内滤效应导致Y-CDs荧光猝灭。该方法的荧光信号和比色信号与DA浓度分别在0.5~14μmol/L和0.5~18μmol/L范围内具有良好的线性关系,检出限分别为0.021μmol/L和0.41μmol/L。该方法简单、快速,可用于人血清中DA的检测。2.制备了SiO2@Au NPs纳米复合材料作为新型表面增强拉曼散射(SERS)基底,构建了一种基于目标诱导银沉积的SERS分析方法,并将其应用于抗坏血酸(AA)的高灵敏检测。首先以拉曼探针分子4-巯基苯甲酸(4-MBA)作为配体合成MBA-Au NPs,然后将其修饰在SiO2纳米球表面合成SiO2@Au NPs,该SERS基底稳定性好且无需与拉曼探针分子进行配体交换。利用AA的还原性将检测液中存在的Ag+还原为银单质并沉积在SiO2@Au NPs表面,使得4-MBA在1580 cm-1处的SERS信号被显著增强。该SERS分析方法对AA的检测范围为1.0~80μmol/L,检出限为0.03μmol/L,并被成功用于维生素C片和饮料中AA的检测。3.制备了4-MBA、纳米金和氧化石墨烯修饰的玻碳电极(MBA/Au NPs/r GO/GCE),并将该工作电极作为SERS基底,建立了基于酶促金属化的SERS/电化学双信号分析方法,并将其应用于碱性磷酸酶(ALP)的高灵敏检测。利用ALP催化底物抗坏血酸-2-磷酸酯(AA-2P)水解去磷酸化后生成具有还原性的AA,AA能将检测液中存在的Ag+还原成Ag~0,形成雪花状的银纳米材料沉积在MBA/Au NPs/r GO/GCE电极表面,从而获得电化学信号和SERS信号。该方法的SERS信号和电化学信号与ALP浓度在5.0×10-8~2.0×10-4U/m L范围内呈现良好的线性关系,检出限分别为2.2×10-9U/m L、4.9×10-8U/m L。该方法结合了酶催化反应的专一性和高灵敏性,将目标信号以银沉积的方式富集到传感界面,最后通过银的溶出伏安信号和纳米材料的SERS增强效应来实现对目标物的高灵敏检测。该策略提高了SERS/电化学双信号传感器的检测灵敏度和抗干扰能力,可用于复杂样品中ALP的检测。
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