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新型生物传感器的制备及应用研究

作　者: 徐善玲
导　师: 缪煜清; 汪尔康
学　校: 浙江师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 生物传感器甲醛金纳米粒子癌细胞
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

生物传感器是一种集现代生物技术和先进物理技术于一体的传感器。从生物传感器这一概念被正式提出到现在,生物传感器已经从酶传感器发展到非酶传感器等诸多方面,结合现代的新型固定化技术和新型生物分子材料,生物传感器不仅在数量上大大增加,其应用实践领域也得以拓展。生物传感器以其简便操作、高灵敏度、高选择性、快速、可微型化及低成本等优点,现今已经被广泛应用于医学检查、疾病跟踪、食品检测、环境监测及其他各种检测等领域。本论文包括四个部分,分别如下：1.概述了生物传感器的工作原理、种类、应用及发展：从酶传感器向非酶传感器的发展。综述了甲醛的基本性质、使用及对机体的毒理学性质,对金纳米粒子的性质及在传感器中的应用情况也进行了阐述。最后阐述了本论文的研究思路及主要内容。2.研究了一种用于甲醛检测的快速简便比色方法。基于改进的乙酰丙酮检测法(改进的ACAC),无色的甘氨酸和乙酰丙酮溶液在甲醛的存在下能衍生化成一个六元环,溶液变成黄色(肉眼观察)。随着甲醛浓度的增加,颜色逐渐加深,因此,可以波长433nm处用紫外-可见分光光度法对甲醛实现定量检测。考察了影响衍生化反应的条件：氨基酸、显色剂、反应时间、反应温度、反应pH。在最适条件下,改进的ACAC对浓度范围0.3-0.75mg/L内的甲醛表现出良好的线性。在上述线性范围内,将1ml待测样品提取液加入到0.45mg/L的甲醛标准溶液中,引起的紫外-可见吸光度的改变即是待测样品中甲醛的含量为1.2mg/kg。3.在前期工作的基础上,构建了一种气态甲醛传感器。我们将显色剂固定在一种丙烯酸树脂上,将该传感器置于甲醛浓度不同的密闭空间中,对传感器变色的时间进行记录,同时用便携式气体分析仪对密闭空间中的甲醛进行了检测。对甲醛检测限为6ppb。与传统的甲醛检测技术相比,该传感器操作简单、结果可靠,适合用于气态甲醛的检测。4.构建了一种无毒、灵敏、特异性检测癌细胞的传感器,该传感器操作简便、成本低,对癌症的研究及其他疾病的早期诊断都具有巨大的优势。我们使用金纳米粒子、叶酸(对癌细胞具有识别功能)及二茂铁(信号探针)制造了一种电化学细胞传感器。金纳米粒子不仅能加快信号探针和电极之间的电子转移速率,它还能聚集更多的探针,从而实现信号放大功能,提高检测灵敏度。Hela细胞表面具有大量叶酸受体,因此可以使用叶酸将Hela细胞连接到传感器电极的表面,这样就会导致传感器的示差脉冲伏安信号发生变化。在有大量正常人体细胞存在的情况下,用示差脉冲伏安法可以对浓度范围为10-106cells/mL的Hela细胞进行检测,检测限为10cells/mL。检测所用时间甚至不到1min。这种设计为操作简单、快速、灵敏的检测癌细胞在未来的发展提供了新的途径。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-33
  1.1 生物传感器  11-19
    1.1.1 生物传感器的组成  11-12
    1.1.2 生物传感器的分类  12-14
      1.1.2.1 光学生物传感器  12-13
      1.1.2.2 电化学生物传感器  13
      1.1.2.3 压电生物传感器  13-14
    1.1.3 生物传感器的应用  14-19
      1.1.3.1 生物传感器应用于医学检测  14-17
      1.1.3.2 生物传感器用于食品检测  17
      1.1.3.3 生物传感器用于环境监测  17-19
  1.2 甲醛  19-27
    1.2.1 甲醛的历史追溯  19-20
    1.2.2 甲醛——一种首要室内污染物  20
    1.2.3 甲醛的性质  20-21
      1.2.3.1 物理化学性质  20-21
      1.2.3.2 甲醛的毒理学性质  21
    1.2.4 甲醛的应用  21
    1.2.5 甲醛的来源  21-24
      1.2.5.1 甲醛的室外来源  21-22
      1.2.5.2 甲醛的室内来源  22-24
    1.2.6 甲醛的危害  24-25
      1.2.6.1 日常摄入量  24
      1.2.6.2 对人类的致癌作用  24-25
    1.2.7 甲醛的检测方法  25-27
      1.2.7.1 检测方法  25-27
  1.3 金纳米粒子  27-30
    1.3.1 金纳米粒子的合成  28
    1.3.2 金纳米粒子的功能化  28-29
      1.3.2.1 物理方法修饰金纳米粒子  28-29
      1.3.2.2 高分子稳定的金纳米粒子  29
      1.3.2.3 其他用于修饰的配体  29
    1.3.3 金纳米粒子的应用  29-30
      1.3.3.1 对小分子的传感检测  29
      1.3.3.2 对毒品的传感检测  29-30
      1.3.3.3 对细胞的传感检测  30
  1.4 本论文研究目标和内容  30-33
    1.4.1 研究目标  30
    1.4.2 研究内容  30-33
2 改进的ACAC法用于食品中甲醛的测定研究  33-46
  2.1 引言  33-34
  2.2 实验部分  34-37
    2.2.1 试剂  34-35
    2.2.2 待测样品处理  35
    2.2.3 条件优化  35-37
      2.2.3.1 氨基酸对甲醛检测显色反应的影响  35
      2.2.3.2 显色剂对甲醛检测显色反应的影响  35-36
      2.2.3.3 反应温度对显色反应的影响  36
      2.2.3.4 pH对显色反应的影响  36
      2.2.3.5 反应时间的最优选择  36
      2.2.3.6 标准曲线的绘制  36-37
    2.2.4 待测样品中甲醛的检测  37
  2.3 结果讨论  37-44
    2.3.1 影响反应的条件  37-42
      2.3.1.1 不同氨基酸对甲醛检测显色反应的影响  37-38
      2.3.1.2 不同显色剂对甲醛检测显色反应的影响  38-39
      2.3.1.3 温度对甲醛检测显色反应的影响  39-40
      2.3.1.4 pH对甲醛检测显色反应的影响  40-41
      2.3.1.5 反应时间对甲醛检测显色反应的影响  41-42
    2.3.2 标准曲线  42-43
    2.3.3 对实际样品中甲醛的检测  43-44
  2.4 本章小结  44-46
3 一种用于空气中甲醛检测的传感器的制备研究  46-51
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-49
    3.2.1 实验原理  47-48
    3.2.2 仪器和试剂  48
    3.2.3 实验方法  48-49
  3.3 结果讨论  49-50
  3.4 本章小结  50-51
4 基于固定化探针的新型细胞传感器高灵敏选择性检测癌细胞  51-65
  4.1 引言  51-53
  4.2 实验部分  53-55
    4.2.1 试剂  53
    4.2.2 金纳米粒子的制备和表征  53
    4.2.3 传感界面的制备  53-54
    4.2.4 细胞培养和固定  54-55
    4.2.5 电化学检测  55
  4.3 结果和讨论  55-63
    4.3.1 传感器的制备和性质表征  55-59
      4.3.1.1 金纳米粒子的制备及对传感器的作用  55-56
      4.3.1.2 二茂铁的信号指示作用  56-57
      4.3.1.3 叶酸在传感器表面的结合  57-58
      4.3.1.4 表面控制过程  58
      4.3.1.5 传感器的稳定性  58-59
    4.3.3 HeLa细胞的电化学检测  59-61
    4.3.4 癌细胞的选择性检测  61-63
  4.4 本章小结  63-65
参考文献  65-77
致谢  77-79
攻读硕士期间取得的研究成果  79-81

新型生物传感器的制备及应用研究

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