基于纳米簇电化学发光生物胺传感器的构建与应用

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电化学发光(Electrogenerated chemilumines-cence,ECL)作为一种新型的电化学技术,被广泛应用于生物检测,具有灵敏度高、线性范围广、成本低、可控性好、样品预处理简单、检测快速等特点。目前,在ECL中使用了不同的量子点作为发射体,而这些量子点由于其结构中存在诸如Cd2+和Pb2+等重金属的固有毒性,导致生物测定的应用受到限制。而且许多传统的有机发光剂价格昂贵,毒性大。因此,为了减少环境污染和经济损耗,开发一种新的低毒或无毒的ECL“绿色”纳米发光体极为必要。而贵金属纳米团簇(Noble metal clusters,MNCs;尺寸小于2 nm)由于其独特的导电性和优异的生物相容性,在荧光生物标记、化学传感和生物传感器检测和实际应用中受到了广泛的关注。尤其是具有特殊的物理(光学、电子)、化学性质的金纳米团簇(Au NCs)和银纳米团簇(Ag NCs)被用作化学传物感和生成像的电化学发光标签。因此,基于贵金属纳米材料的电化学传感器研究及生物分析应用具有极大的研究价值及应用前景。由于生物分子保护的金纳米簇具有更好的生物相容性,本文开发了一种新型的基于金银双金属纳米团簇(Au-Ag BNCs)固态ECL生物胺传感器。本研究主要包括以下内容:1.通过对Au-Ag BNCs在K2S2O8体系中的电化学发光性及精胺对其发光性抑制的研究,设计了一种简单的基于Au-Ag BNCs的ECL策略用于精胺(Spermine,SPM)的快捷检测。我们以谷胱甘肽作为模板,首次合成了具有红色荧光的高水溶性金银双金属纳米簇,发现其能够在K2S2O8体系中产生较强的阴极电化学发光,而且生物多胺—精胺能够抑制Au-Ag BNCs在阴极的电化学发光。基于此现象,构建了一种简单的Au-Ag BNCs液相电化学发光生物识别系统,这种发光体系只需在均相溶液中进行。因此,通过这种无需电极修饰的简单策略,就能实现对SPM的定量分析,SPM检测浓度在1×10-5-1×10-3 M范围内具有良好的线性关系,其检测限为1.95×10-6 M。并且该方法具有良好的稳定性、可操作性和实用性,显示出广泛的实际应用潜力。2.利用Au-Ag BNCs液相电化学发光生物识别系统开发了基于Au-Ag BNCs的固态ECL传感器用于检测SPM。首先,我们对GCE电极进行了自组装修饰,通过将Au-Ag BNCs结合在三维导电水凝胶(PANI-ATMP)中设计了一种新型的基于Au-Ag BNCs的固态ECL生物胺传感器。重要的是,研究发现该固态传感器以Au-Ag BNCs作为发光体时,能够在TEA体系中产生较强的阳极电化学发光信号,而且SPM能够显著增强阳极的ECL信号强度。因此,我们成功构建了基于Au-Ag BNCs的SPM固态ECL传感器,其线性范围在1×10-12-1×10-5 M,最低检出限将至1.10×10-13 M(S/N=3)。研究表明,该ECL传感器具有较宽的线性范围和较低的SPM检测限,而且具有良好的稳定性与重现性。因此,基于Au-Ag BNCs的生物胺ECL传感器在生物应用方面具有很大的潜力。本研究有助于为生物化学与纳米分析领域各种生物传感器的开发和应用提供新的策略。
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