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电致化学发光生物传感新技术的研究

作　者: 云雯
导　师: 何品刚；方禹之
学　校: 华东师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 电致化学发光电极表面联吡啶钌生物传感电化学还原修饰电极 ECL 灵敏度提高选择性测定阵列传感器重氮化反应 IgG chitosan 免疫传感器三丙胺重氮盐试剂消耗电化学固定检测限玻碳电极
分类号: Q503
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

克隆羊的成功和人类基因组草图绘制完成,标志着生命科学的发展在经历了上世纪的分子生物学时代、结构基因组时代之后,正式进入了功能基因组时代,即后基因组时代。在这个年代,生命科学的主要研究对象是功能基因组学,其中包括了基因组研究和蛋白组研究等,而基因组学和蛋白质组学的最基本研究单位就是DNA和蛋白质。基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。然而,怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题。为此,建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。电致化学发光(ECL)是利用电化学反应产生化学发光的现象,是电化学和化学发光相结合的产物,兼具二者的优点,例如光学器件简单,背景干扰低,反应易精确控制,具有灵活性等。因此,广泛应用于免疫测定、食品分析、水质分析和生物试剂的分析外,它也被成功做成检测器与HPLC, FIA及CE等技术联用。在电致化学发光物中,Ru(bpy)32+因为其具有良好的受激发性及超高的灵敏度受到广泛的关注。最近固相电致化学发光系统被成功的开发出来,相比于之前的液相电致化学发光系统,固相电致化学发光系统不但能增强发光信号,极大的降低Ru(bpy)32+试剂消耗,简化实验设计,还能实现修饰层的循环再生利用。本论文将纳米技术,电化学固定技术,阵列电极制作技术与电致化学发光检测技术相结合,研制具有高灵敏度,高选择性的新型电致化学发光阵列生物传感器和电致化学发光固相阵列传感器,成功的实现了对DNA, TPrA等目标物的测定。为固相ECL阵列电极。和ECL DNA芯片的制备提供了简单,快速,有效的方法。本论文共分六章。第一章绪论本章系统的介绍了电致化学发光的原理和特点,介绍了ECL中五大发光体系及其在分析检测的应用。针对现在应用范围最广的Ru(bpy)32+的特点及应用领域进行了重点介绍,此外还分析了ECL生物传感器的种类,特点及研究进展。介绍了ECL固相传感器的制备材料和方法。最后阐述了本论文的目的与意义。第二章基于电化学聚合固定抗体的电化学发光免疫检测人IgG基于电化学聚合在金电极表面固定兔抗人IgG抗体与人IgG及标记有Ru(bpy)32+的羊抗人IgG抗体之间发生特异性免疫反应,形成三明治结构,成功建立了用于测定人血清中IgG的电化学发光(ECL)免疫技术。利用此方法测定人IgG含量,浓度在50μg/L～2 mg/L范围内与电化学发光强度呈良好的线性关系。线性回归方程为y(a. u.)=48.41+0.09x(μg/L) (n=7),检出限为20μg/L (3σ)。测得正常人血清中IgG平均含量为11.2 g/L,结果令人满意。第三章基于重氮化反应修饰碳纳米管的电致化学发光免疫传感器研究报道了一种基于重氮化反应修饰电极的电致化学发光免疫传感器,首先通过电化学还原重氮盐对修饰有多壁碳纳米管的电极进行羧基化,然后通过酰胺反应将抗体连接到电极表面。利用三明治免疫检测反应对目标抗原人IgG进行检测,其中Ru(bpy)32+修饰的羊抗人IgG作为ECL信号源。电化学还原重氮盐修饰电极具有操作简单,反应迅速,易于控制等特点。我们对免疫反应的条件进行了优化,在优化后的条件下,利用修饰后的电极对人IgG进行检测,IgG浓度在2 ngmL-1到120 ng mL-1具有良好的线性,检测限可达0.5 ng mL-1。并成功实现人血清中人IgG的含量检测。第四章基于电沉积Ru(bpy)32+/AuNPs/chitosan复合物制备固相电致化学发光传感器介绍了一种利用电沉积Ru(bpy)32+/AuNPs/chitosan复合物制备固相电致发光传感器的方法。首先将Au nanoparticles (AuNPs)和Ru(bpy)32+在壳聚糖溶液中充分混匀,通过计时电流法将含有Ru(bpy)32+, AuNPs和chitosan的3D网状膜沉积到阴极上。电极上网状膜的厚度及Ru(bpy)32+的沉积量都是由施加的电流强度及时间所控制。实验表明包裹在网状膜中的Ru(bpy)32+仍然保持着良好的电化学活性和电致化学发光性质。将用此法制作的Ru(bpy)32+/AuNPs/chitosan修饰的电极成功的用于测定三丙胺,通过电致化学发光信号,检测限能到达5×10-10 M。第五章基于选择性固定联吡啶钌制备阵列固态电致化学发光传感器的方法研究介绍了一种基于电沉积二氧化硅包裹的联吡啶钌纳米粒子与壳聚糖共聚物薄膜技术,实现在阵列电极上选择固定电致化学发光物联吡啶钌的方法。通过这种方法联吡啶钌能被选择固定到四通道阵列电极任一通道上,实验结果证明了不仅能有效地将联吡啶钌(Ru(bpy)32+)选择性固定到阵列电极上,而且能选择性固定不同的复合膜,此方法在生物分析、毛细管电泳和药物筛选等领域都有广泛的应用前景。实验利用紫外可见光谱、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Ru(bpy)32+硅纳米颗粒(RuDS NPs)以及复合膜进行表征。基于电致化学发光复合膜修饰电极的传感器对三丙胺(TPrA)的检测呈现良好的重现性、稳定性和灵敏度,线性范围为1×10-10至1×10-6mol/L (R=0.9977),最低检测限为5×10-11mol/L第六章多分析物同时测定的电致化学发光DNA生物阵列传感器本文开发了一种新颖的同时测定多种分析物的电致化学发光阵列传感器。三种涉及不同疾病HCV, SARS和HIV的相关基因通过电沉积壳聚糖膜被固定到金阵列电极上指定的电极位置。通过三明治免疫组装检测,Ru(bpy)32+标记的DNA被用做信号产生源。因为固定和检测方法所具有独特的特点,ECL阵列传感器中电极与电极之间的交叉反应和交叉干扰的影响基本可以忽略。传感器在进行多目标序列同时测定是显示出良好的选择性和灵敏度。在临床医学,环境检测和生化反恐方面有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  10-13
Abstract  13-18
第一章绪论  18-52
  1 电致化学发光的特点、原理及体系  18-21
    1.1 电致化学发光的特点及基本原理  18-19
    1.2 电致化学发光反应的主要体系  19-21
  2 基于Ru(bpy)_3~(2+)电致化学发光体系及其应用  21-24
  3 ECL 生物传感器  24-33
    3.1 ECL免疫传感器  24-27
    3.2 ECL-DNA传感器  27-29
    3.3 Aptamer和DNAzyme ECL生物传感器  29-32
    3.4 ECL阵列传感器及其应用  32-33
  4 ECL固相传感器制备技术  33-39
    4.1 直接吸附Ru(bpy)_3~(2+)到电极表面  34
    4.2 通过离子交换作用固定Ru(bpy)_3~(2+)  34-36
    4.3 通过纳米粒子固定Ru(bpy)_3~(2+)  36-39
  5 ECL生物传感检测仪器  39-42
  6 ECL生物传感研究的发展趋势  42-43
  7 本论文的目的和意义  43-45
  参考文献  45-52
第二章基于电化学聚合固定抗体的电化学发光免疫检测人IgG  52-61
  1 引言  52-53
  2 实验部分  53-54
    2.1 仪器与试剂  53
    2.2 实验方法  53-54
  3 结果与讨论  54-59
    3.1 电极修饰过程表征和Ru(bpy)_3~(2+)标记羊抗人抗体的电化学性质  54-56
    3.2 实验条件的优化  56-58
    33.IgG的检测  58-59
  4 结论  59
  参考文献  59-61
第三章基于重氮化反应修饰碳纳米管的电致化学发光免疫传感器研究  61-72
  1 引言  61-63
  2 实验  63-64
    2.1 仪器和试剂  63
    2.2 Ru(bpy)_3~(2+)标记羊抗人抗体的制备  63
    2.3 多壁碳纳米管修饰玻碳电极  63-64
    2.4 重氮化修饰电极固定抗体  64
    2.5 三明治法免疫组装及电致化学发光检测人IgG  64
  3 结果和讨论  64-70
    3.1 Ru(bpy)_3~(2+)-标记的羊抗人IgG性质  64-66
    3.2 通过重氮化还原修饰碳纳米管电极  66-67
    3.3 优化电致化学发光免疫分析条件  67-68
    3.4 电致化学发光免疫传感器的特异性和灵敏度  68-69
    3.5 利用电致化学发光免疫传感器测定人血清的IgG  69-70
  4 结论  70
  参考文献  70-72
第四章基于电沉积Ru(bpy)_3~(2+)/AuNPs/chitosan复合物制备固相电致化学发光传感器  72-82
  1 引言  72-74
  2 实验部分  74-75
    2.1 仪器  74
    2.2 试剂  74
    2.3 金胶的制备  74
    2.4 玻碳电极上电沉积Ru(bpy)_3~(2+)/AuNPs/chitosan膜  74-75
  3 结果与讨论  75-80
    3.1 Ru(bpy)_3~(2+)/AuNPs/chitosan膜的表征  75
    3.2 Ru(bpy)_3~(2+)/AuNPs/chitosan膜制成的传感器用于TPrA检测  75-79
    3.3 选择性固定Ru(bpy)_3~(2+)到目标电极表面  79-80
  4 结论  80
  参考文献  80-82
第五章基于选择性固定联吡啶钌制备阵列固态电致化学发光传感器的方法研究  82-93
  1 引言  82-83
  2 实验部分  83-85
    2.1 仪器  83-84
    2.2 试剂  84
    2.3 金阵列电极的制备  84
    2.4 RuDS NPs的制备  84
    2.5 RuDS NPs/壳聚糖复合膜在金阵列电极表面的电沉积  84-85
  3 结果与讨论  85-91
    3.1 RuDS NPs和壳聚糖复合膜的表征  85-86
    3.2 RuDS NPs/壳聚糖膜的电沉积方法研究  86-87
    3.3 RuDS NPs/壳聚糖膜修饰电极的电化学和ECL表征  87-88
    3.4 ECL传感器性能  88-89
    3.5 Ru(byp)_3~(2+)在金阵列电极上的选择性固定  89-91
  4 结论  91
  参考文献  91-93
第六章基于选择性固定DNA进行多分析物同时测定的电致化学发光DNA生物阵列传感器研究  93-104
  1 引言  93-94
  2 实验部分  94-97
    2.1 仪器和试剂  94-95
    2.2 合成标记有Ru(bpy)_3~(2+)的ssDNA  95-96
    2.3 金阵列电极的制备  96
    2.4 金阵列电极上沉积壳聚糖  96
    2.5 固定ssDNA到金阵列电极上用于多目标杂交  96-97
    2.6 电致化学发光检测  97
  3 结果与讨论  97-102
    3.1 ECL探针的表针  97-98
    3.2 优化多目标分析的实验条件  98-99
    3.3 评价阵列电极之间的交叉干扰和交叉反应  99-101
    3.4 DNA阵列的同时多目标检测  101-102
  4 结论  102
  参考文献  102-104
附录:博士在读期间科研成果  104-106
致谢  106

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