石墨烯/金纳米功能复合材料的制备及其赭曲霉毒素A适配体电化学传感研究

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本论文以改进的Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)为前驱体,原位制备了不同金纳米粒子(AuNPs)修饰密度的石墨烯/金纳米(rGO/AuNPs)功能复合材料,并考察了其对模型生物分子的负载能力和在适配体电化学生物传感中的应用。具体工作如下:  1.以改进的Hummers法制备了表面富含羧基的GO,通过邻氨基苯硫酚(2-ATP)对其进行巯基功能化制备得到巯基修饰的GO(GO-SH);然后以GO-SH和氯金酸(HAuCl4)为起始原料,柠檬酸钠为还原剂原位制备了rGO/AuNPs功能复合材料。进一步,通过增加HAuCl4的加入量对AuNPs的修饰密度进行了调控,并采用红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及透射电镜(TEM)和紫外光谱(UV-vis)等手段对所制备的纳米复合物进行了表征。研究结果表明:制备过程中GO被还原为rGO;复合物中AuNPs均匀地修饰在石墨烯纳米片表而;石墨烯的引入能够有效地抑制AuNPs的团聚;随着HAuCl4加入量的增加,AuNPs的修饰密度也随之增大。  2.以赭曲霉毒素A(OTA)的适配体(apt)为模型生物分子,以电化学交流阻抗谱(EIS)为研究手段,考察了上述制备的不同AuNPs修饰密度的rGO/AuNPs功能复合材料,对适配体DNA的负载能力。研究发现,rGO/AuNPs复合物中AuNPs的修饰密度越大,对apt的负载能力越强,即AuNPs修饰密度最大的rGO/AuNPs,对apt具有最大的负载能力。基于这一研究结论,以AuNPs修饰密度最大的rGO/AuNPs复合物作为传感信号放大平台,构建了一种免标记的适配体生物传感器。优化条件下,电子转移阻抗(Ret)的对数与OTA浓度的对数之间呈现良好的线性关系,线性范围为0.1 ng mL-1~200 ng mL-1,线性回归方程为:logRet=3.386+0.144 log c(R2=0.995),检出限为0.03 ng mL-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性和重现性。  3.以AuNPs修饰密度最大的rGO/AuNPs复合物为载体,利用Au-S共价自组装的方式与巯基末端的DNA2偶联,成功制备了具有信号放大作用的rGO/AuNPs-DNA2纳米生物探针,然后利用apt的桥联作用耦合所制备的rGO/AuNPs-DNA2纳米生物探针以及修饰在金电极表面的DNA1,成功构建了一种夹心型适配体电化学生物传感器。由于rGO/AuNPs表面负载了大量的DNA2,一条apt与OTA的结合会使大量DNA2从电极表面脱附,进而产生较大的Ret变化,从而实现电化学阻抗法对OTA的灵敏检测。优化条件下,Ret值的对数与OTA浓度的对数之间呈现良好的线性关系,线性范围为1.0×10-12~5.0×10-8 g mL-1,线性回归方程为log Ret=3.878-0.199 log c(R2=0.991),检出限为0.3 pg mL-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性、重现性和可再生性。  4.水相法合成了一系列CdTe量子点(QDs),以AuNPs修饰密度最大的rGO/AuNPs复合物为载体,通过静电组装作用实现了发射红色荧光的CdTe QDs在其表面的大量负载,制得rGO/AuNPs/CdTe纳米复合物。进一步,以rGO/AuNPs/CdTe为标记物制备纳米生物探针,并通过DNA之间的杂交反应将其与磁性载体耦合。由于rGO/AuNPs表面负载了大量的CdTe QDs,一条apt与OTA的结合会使大量的CdTe QDs从电极表面脱附,对其进行酸溶处理后得到Cd2+,随后在铋膜工作电极表面富集金属Cd,利用方波伏安法(SWV)测定Cd在电极表面经过氧化所产生的溶出伏安峰,实现了对OTA的超灵敏检测。优化条件下,SWV峰电流强度与OTA浓度的对数之间呈现良好的线性关系,线性范围为0.2~4000 pg mL-1,线性回归方程为I(p)=-3.27-3.13 log c(R2=0.992),检出限为0.07 pg mL-1(S/N=3)。该传感器具有良好的选择性和重现性。
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