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基于普鲁士蓝纳米粒子修饰炭糊电极的电位型免疫传感器

作　者: 柏雨辰
导　师: 冯春梁
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米金普鲁士蓝聚邻苯二胺蛋白A 抗体
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

免疫传感器具有响应速度快,灵敏度高,选择性好等特点,在临床检验、环境科学、食品安全以及军事医学等领域具有广阔的应用前景。近年来,已有多种类型免疫传感器问世,其中电位型免疫传感器是最简单最实用的一种。电位型免疫传感器无需对抗体(或抗原)进行酶标记,可以像离子选择性电极一样直接对抗体(或抗原)进行快速检测,仪器设备简单,制备检测费用低廉,易于实现微型化,检测过程中不需要其他试剂。但是,早期的研究表明,这种免疫传感器的检测灵敏度较低,信号稳定性差,因而研究报道较少。随着纳米技术的迅速发展,纳米材料的应用为解决电位型免疫传感器所存在的问题提供了新的途径。本论文首先制备出超顺磁性四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4MNPs)、磁性普鲁士蓝纳米粒子(PBMNPs)、金包覆普鲁士蓝纳米粒子(Au@MPB)以及金包覆四氧化三铁磁性纳米粒子(Au@MFe3O4),将Au@MPB、Au@MFe3O4依次恒电位沉积在磁性炭糊电极(MCPE)表面,将金包覆磁性PB纳米粒子(Au@MPB)恒电位沉积在聚邻苯二胺修饰碳糊电极(CPE/POPD)表面,将PB包覆金纳米粒子(PB@Au)、纳米金粒子(GNPs)依次电沉积在CPE表面,得到电位型免疫传感器的三种类型的基底电极,进而通过Au-NH-键固定抗体(Ab),制得三种电位型免疫传感器,旨在研究这些新型纳米粒子对提高电位型免疫传感器性能的作用。具体研究内容主要包括以下三个方面：1基于金包覆磁性普鲁士蓝纳米粒子的电位型免疫传感器利用Fe304的超顺磁性制备磁性普鲁士蓝纳米粒子(PBMNPs),并合成核壳结构的Au@MFe3O4、Au@MPB两种纳米材料,利用恒电位电沉积的方法,将Au@MPB和Au@MFe3O4依次修饰到磁性炭糊电极表面,进而制备出一种电位型免疫传感器(MCPE/Au@MPB/Au@MFe3O4/Ab).该支传感器对小鼠IgG检测得到的斜率为-15.38mV/decade,线性范围为4.0×10-3～1.0×103ng/ml,检测下限为2.4×10-3ng/ml,相关系数0.997。该传感器的重现性较好,并且传感器在储存了20天以后,免疫传感器的斜率下降了11.8%,说明该传感器的稳定性好。2基于聚邻苯二胺-金包覆普鲁士蓝的电位型免疫传感器首先利用电聚合方法制备聚邻苯二胺修饰碳糊电极(CPE/POPD),再利用电化学沉积技术在CPE/POPD沉积Au@PB,制备CPE/POPD/Au@PB电极,最后将羊抗小鼠IgG(抗体,Ab)通过Au-NH-键固定在修饰电极上,从而制得一种免疫传感器(CPE/POPD/Au@PB/Ab)。该传感器灵敏度为-8.9mV/decade,检测下限达到1.14×10-4ng/ml,线性范围均为4×10-4～1.0×104ng/mL。响应时间为5min。十支免疫传感器的重现性好,再生性好。所制备的免疫传感器具有灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、稳定性好等突出优点。3基于PB@Au及蛋白A修饰炭糊电极的电位型免疫传感器利用循环伏安法依次在碳糊电极表面电沉积PB@Au和GNPs,再通过Au-NH-键将蛋白A(PA)固定在修饰电极上,最后利用PA对抗体Fc片段的特异性结合,实现Ab在炭糊电极表面的定向固定化,制备出一种电位型免疫传感器(CPE/PB@Au/GNPs/PA/Ab),并将其与CPE/GNPs/Ab和CPE/PB@Au/GNPs/Ab进行对比研究,结果表明,定向固定化Ab使Ab/PA/GNPs/Au@PB/CPE的性能得到明显提高,其检测下限达到10-5ng/ml,灵敏度为22.8mV/decade,检测范围宽,为1.0×10-5～0.1ng/ml,结果令人满意。该免疫传感器的灵敏度高、稳定性好,具有一定的应用价值。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 生物传感器简介  9-11
    1.1.1 生物传感器的工作原理和分类  9-10
    1.1.2 免疫传感器  10-11
  1.2 电化学免疫传感器  11-12
    1.2.1 电位型免疫传感器  11
    1.2.2 电流型免疫传感器  11-12
    1.2.3 电容型免疫传感器  12
    1.2.4 电导型免疫传感器  12
  1.3 纳米材料  12-15
    1.3.1 纳米材料的特点  12-13
    1.3.2 纳米材料在生物传感器中的应用  13-15
  1.4 导电聚合物在生物传感器中的应用  15
  1.5 蛋白A在生物传感器中的应用  15-16
  1.6 本文工作的内容和意义  16-18
2 基于金包覆磁性纳米粒子的电位型免疫传感器  18-32
  2.1 实验部分  19-21
    2.1.1 仪器与试剂  19
    2.1.2 四种纳米粒子的制备  19-20
    2.1.3 磁性炭糊电极的制备  20
    2.1.4 免疫传感器的制备及免疫分析  20-21
    2.1.5 电化学测试与表征  21
  2.2 结果与讨论  21-31
    2.2.1 四种纳米粒子的表征  21-25
    2.2.2 正向共沉淀与反向共沉淀的区别  25
    2.2.3 炭糊电极修饰过程的电化学表征  25-26
    2.2.4 实验条件的优化  26-28
    2.2.5 传感器的响应特性  28-31
  2.3 本章小结  31-32
3 基于聚邻苯二胺-金包覆普鲁士蓝的电位型免疫传感器  32-46
  3.1 实验部分  33-34
    3.1.1 仪器与试剂  33
    3.1.2 炭糊电极的制备  33
    3.1.3 Au@PB胶体的制备  33
    3.1.4 免疫传感器的制备及免疫分析  33-34
    3.1.5 电化学测试与表征  34
  3.2 结果与讨论  34-45
    3.2.1 聚邻苯二胺反应机理  34-36
    3.2.2 传感器制备条件的选择  36-39
    3.2.3 底液酸度的选择  39-40
    3.2.4 炭糊电极修饰过程的电化学表征  40-41
    3.2.5 修饰电极的电化学特性  41-42
    3.2.6 传感器的响应特性  42-44
    3.2.7 抗体固定化方法的选择  44-45
  3.3 本章小结  45-46
4 基于普鲁士蓝包覆金及蛋白A修饰炭糊电极的电位型免疫传感器  46-66
  4.1 实验部分  46-48
    4.1.1 仪器与试剂  46-47
    4.1.2 免疫传感器的制备  47
    4.1.3 电化学测试与表征  47-48
  4.2 结果与讨论  48-65
    4.2.1 CPE/GNPs/s-Ab免疫传感器  48-52
    4.2.2 CPE/PB@Au/GNPs/s-Ab免疫传感器  52-60
    4.2.3 CPE/PB@Au/GNPs/PA/r-Ab免疫传感器  60-65
  4.3 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75

基于普鲁士蓝纳米粒子修饰炭糊电极的电位型免疫传感器

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