金属-有机杂化材料修饰界面的制备及电化学传感应用
金属-有机杂化材料因具有高孔隙率、较大的比表面积，同时自身还存在电活性，在电化学领域得到广泛应用。传统的电化学核酸传感器通常需要标记外源性信号分子，并通过这些分子的氧化还原响应变化得到感应信号，从而间接的测定目标分子。但是这些方法存在过程繁琐、价格高昂等缺点，且容易受到外界环境因素影响造成其稳定性差。因此，本论文通过循环伏安等电化学方法结合原位生长，在玻碳电极表面修饰具有电化学活性或电催化活性的铜/植酸(PA)、普鲁士蓝(PB)/聚多巴胺(PDA)、MIL-88NH2(Fe)等金属-有机杂化材料，构建了三种简单、经济、灵敏度高的免标记型电化学生物传感器并将用于肝癌标志物microRNA-let7a、氯霉素等目标分子的检测，构建了新的免标记传感策略。主要研究工作如下： （1）采用循环伏安法在玻碳电极(GCE)上沉积铜，然后滴涂植酸(PA)，利用植酸的酸性和强络合能力，形成PA-Cu复合材料修饰电极(PA-Cu/GCE)；再采用电沉积的方法在PA-Cu/GCE表面上沉积纳米金(AuNPs)，之后利用Au-S键将探针DNA(pro-DNA)自组装在修饰电极表面，构建了新型的电化学传感器(pro-DNA/AuNPs/PA-Cu/GCE)。通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等物理手段对电极制备过程进行了表征。结果表明，颗粒状AuNPs/PA-Cu复合材料有效附着在电极表面。电化学实验表明，AuNPs/PA-Cu对H2O2具有高效的电催化活性，且电极表面的生物杂交反应能显著抑制该催化活性。基于此，将传感器应用于miRNA-let7a的检测。结果显示，在1.0fM~10nM检测范围内，相应的计时催化电流与miRNA-let7a浓度负对数呈良好的线性关系，检测限为0.4fM。最后对该传感器进行重现性、选择性等考察，其结果令人满意。另外，所构建的传感器对实际血清样品的检测结果良好，其回收率为98.3%~103%，该传感器有望在实际样品检测中得到应用。 （2）采用电沉积法将带有电活性的普鲁士蓝(PB)修饰在玻碳电极表面，然后依次在修饰电极表面自聚合生成聚多巴胺(PDA)、吸附Ce3+。进一步通过Ce3+与DNA上磷酸骨架的配位作用，修饰上探针DNA(pro-DNA)，从而设计了一种新型的电化学生物传感器。扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等物理表征结果显示PDA@PB呈规则的颗粒状，且传感界面具有良好的亲水性。将电极表面PB的电化学氧化还原峰电流作为传感信号用于miRNA-let7a免标记检测，结果显示，氧化还原峰电流与目标物浓度负对数在0.1fM~10nM范围内呈现良好的线性关系，检测限达到0.03fM。另外，因为PDA膜良好的自清洁性能，该传感器表现出优良的抗生物污染性能，可用于血清样品中miRNA-let7a的有效检测。 （3）采用水热法合成了具有模拟酶电催化活性的金属-有机框架(MOF)材料，MIL-88NH2(Fe)。之后通过共价键合法将其固定在羧基化玻碳电极表面。进一步通过磷酸基团与Fe(Ⅲ)之间的特异性配位作用，将5’-PO43-修饰的氯霉素(CAP)核酸适配体自组装到电极表面，构建了一种新型的电化学传感界面。采用原子力显微镜(AFM)对修饰过程进行了表征。以MIL-88NH2(Fe)纳米酶对过氧化氢和3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)体系的催化活性变化为指示信号，考察了传感器的分析性能，结果显示，核酸适配体与CAP在电极表面发生作用后，由于电极表面空间位阻的变化和环境的改变，会抑制MIL-88NH2(Fe)对底物的催化活性。定量分析表明，CAP在1.0pM~1.0μM浓度范围，催化电流变化值与CAP浓度对数呈良好线性关系，检测限低至330fM。该传感器可应用于牛奶样品中CAP的检测。
电化学生物传感器;金属-有机杂化材料;制备工艺;分子检测
闽南师范大学
硕士
分析化学
高凤;高飞
2021
中文
TP212.3
2021-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）