基于氧化石墨烯和硫化铅纳米颗粒的荧光生物传感器研究

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纳米材料指的是三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。自20世纪80年代起,纳米科学使材料的结构从根本上发生了改变,在其他学科和领域不断渗透,带动了许多研究领域中热点的不断涌现,目前被广泛应用于物理、化学等许多领域,被公认为21世纪最具前途的科研领域之一。纳米粒子与生物体有着密切的关系:生物体内组分的尺寸一般在5-200nm范围内,这就标志着纳米生物学可以在纳米尺度范围了解生物大分子的精细结构以及其功能关系,获得生命信息。近些年来,纳米技术与生物传感技术相结合,为纳米科学的发展注入了新的活力。蛋白质是生命的物质基础,它是与生命及各种形式的生命活动(进化、物质运转、遗传等)紧密联系在一起的物质,有些蛋白质还可以作为疾病判别与诊断的依据。因此,建立简单、实用的蛋白质检测方法对药物研究、临床诊治等具有重要的意义。三聚氰胺属于难代谢物质,如果进入人和动物体内能够不同程度地导致肾衰竭或者死亡,三聚氰胺还能导致结石从而诱发泌尿系统疾病。因此,严格控制三聚氰胺的使用越来越受到人们关注。但由于现有的三聚氰胺的检测方法存在需要使用大型仪器,检测成本高,操作复杂耗时等缺点,使发展新型的、高灵敏度、好特异性的三聚氰胺检测方法显得尤为重要。本研究论文将两种纳米材料氧化石墨烯和PbS纳米颗粒与生物传感技术相结合,构建新型的生物传感器,针对当前分析化学的发展和医学检验中存在的焦点问题,提出了新颖的传感方法和信号放大模式,设计了高灵敏度的荧光传感器,实现了对多种生命物质的检测。采用荧光分析法、免疫分析法等化学生物传感技术来检测人IgG、DNA甲基化酶、三聚氰胺等,为遗传疾病的快速准确诊断、流行病的现场筛查与群体控制,环境监测,食品安全检测等研究提供新方法。(1)第二章,我们设计了基于氧化石墨烯的荧光DNA传感器用于甲基化酶活性检测。我们使用一条可以甲基化的DNA底物探针(发夹探针),在DNA甲基化酶DamMTase的催化下,进行完全甲基化,使用可以特异性切割甲基化位点的限制性内切酶DpnⅠ切割发夹探针,释放ssDNA。然后利用氧化石墨烯(GO)对于ssDNA和dsDNA吸附能力的不同,使荧光信号产生较大的变化,实现信号的输出。该方法易于操作,较低背景干扰,可实现对DNA甲基化酶DamMTase活性的简单,准确,快速,灵敏检测,响应的动态范围可从0.8U/mL到25U/mL。(2)第三章,我们设计了基于氧化石墨烯的荧光DNA传感器用于三聚氰胺检测。利用胸腺嘧啶(T)与三聚氰胺(Melamine)的特异性结合的原理,我们设计一种基于氧化石墨烯的荧光传感器,通过聚T探针上的胸腺嘧啶(T)与三聚氰胺(Melamine)的特异性结合前后,聚T探针与氧化石墨烯的作用力的变化而引起的荧光信号的变化,来实现对三聚氰胺的特异性检测。该方法设计简单、快速、成本低且灵敏度高,将在食品安全、生物分析等领域具有广阔的应用前景。实验中采用荧光光谱法进行了表征。该方法较低背景干扰,易于操作,响应的动态范围可从10nM到1200nM。(3)第四章,我们设计了基于硫化铅纳米颗粒放大的免疫传感器用于人免疫球蛋白G(IgG)的检测。反应分两步进行。第一步:在聚苯乙烯微孔板表面固定羊抗人IgG,接着加入分析物人IgG,通过免疫夹心反应与标记PbS纳米颗粒的羊抗人IgG结合,再加入硝酸将PbS纳米颗粒溶解,使Pb2+完全释放出来,得到Pb2+样品。第二步: Pb2+相应的脱氧核酶DNAzyme底物链标记荧光基团FAM,酶链标记猝灭基团DABCYL,在一定条件下,使上述两条链形成稳定的DNAzyme,这时FAM的荧光被猝灭。当加入上述免疫反应所得Pb2+样品时,DNAzyme被特异性切割,标记荧光基团FAM的链可以游离出来,所测的荧光信号增强,实现了对分析物H IgG的检测。检测范围从1ng/mL到10μg/mL,检测下限为0.97ng/mL,有望用于临床检测。
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