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基于量子点的电化学生物传感器的研制及在肿瘤标志物检测中的应用

作　者: 张乾
导　师: 丁彩凤
学　校: 青岛科技大学
专　业: 无机化学
关键词: CdS量子点纳米金粒子肿瘤标记物电化学生物传感器巯基二茂铁
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

肿瘤是严重威胁人类健康的疾病。肿瘤标志物在肿瘤的现代临床诊断中是不可或缺的。近年来,在肿瘤标志物的诊断领域出现了多种分析方法和检测传感器。为了研制便携的检测设备,世界范围内的科研工作者在此方面做了大量的工作。虽然这些方法有不少优点,但是开发新型的、选择性和灵敏度高的临床分析方法来满足现代医疗诊断和生物医学研究的需求还是一项极具挑战性的工作。本论文研制了一种基于CdS量子点的新型的电化学生物传感器,其中还包括巯基二茂铁标记的纳米金粒子的使用,并且将此种传感器应用在了几种肿瘤标志物的分析检测当中。本论文的主要内容包括以下三个部分:1基于生物条码的概念设计了一种非酶标记的用于检测甲胎蛋白的电化学生物传感器。其包括链霉亲合素修饰的磁性微球、生物素修饰的甲胎蛋白(AFP)抗体、CdS量子点标记的生物条码DNA、第二抗体和金胶纳米粒子,通过CdS量子点的标记和溶出、Cd2+的富集和检测实现对甲胎蛋白的放大检测。这种定量检测方法既具有较快的检测速度,又具有高的检测灵敏度,其线性检测范围是0.02 ~ 3.5 ng/mL,检测限达9.6 pg/mL,为经典的酶联免疫吸附分析法的100倍。2基于生物条码的概念设计了一种非酶标记的用于检测DNA片段的电化学生物传感器。其包括玻碳电极的沉积金膜修饰、巯基修饰的DNA在电极上的捕获、目标DNA的杂交以及经过修饰的信号DNA的与目标DNA的杂交,由此构成了“三明治”形的检测结构。通过CdS量子点的标记和溶出、Cd2+的富集和检测实现对目标DNA的放大检测。此方法的线性检测范围是1.0×10?14 ~ 1.0×10?13 M,检测限是4.2×10?15 M,说明其具有较高灵敏度。同时检测了两碱基错配和完全非互补的目标DNA序列,前者的电化学信号很弱,后者则基本无信号,说明其具有良好的选择性。3基于新型标记物巯基二茂铁和纳米金粒子设计了一种直接检测肿瘤细胞K562的电化学传感器。其包括巯基十一烷酸和巯基十六烷酸分别在金电极和纳米金粒子上的修饰以及刀豆蛋白(Con A,一种相对于甘露糖的凝集素)与巯基十一烷酸和巯基十六烷酸中羧基的反应。通过凝集素-刀豆蛋白和细胞表面半甘露糖残基的特异性结合作用,金电极、K562细胞和经过修饰的纳米金粒子构成了“三明治”形的检测结构。循环伏安电化学信号的强弱与巯基二茂铁的量成正比例关系,巯基二茂铁的量间接地反映了检测的细胞含量,从而构成了检测细胞的电化学传感器。检测K562细胞的线性范围是5×102 ~ 5.0×107 cells mL-1,检测限是221 cells mL?1,说明其具有很好的检测灵敏度。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第1章前言  11-32
  1.1 量子点  11-15
    1.1.1 量子点的概念  11-12
    1.1.2 量子点的基本特性  12-13
      1.1.2.1 量子尺寸效应  12
      1.1.2.2 表面效应  12-13
      1.1.2.3 介电限域效应  13
    1.1.3 半导体量子点的制备  13-15
      1.1.3.1 水溶液中利用小分子巯基化合物作为稳定剂直接合成量子点  14-15
    1.1.4 量子点与生物分子的结合  15
  1.2 肿瘤标志物  15-20
    1.2.1 肿瘤标志物的分类  16
    1.2.2 目前对肿瘤标志物的检测方法  16-20
      1.2.2.1 血清肿瘤标志物的测定方法  16-20
        1.2.2.1.1 免疫分析法  17-19
          1.2.2.1.1.1 酶联免疫分析方法  17-18
          1.2.2.1.1.2 胶体金免疫分析方法  18-19
          1.2.2.1.1.3 化学发光分析方法  19
        1.2.2.1.2 免疫传感器  19-20
          1.2.2.1.2.1 免疫传感器的概念及原理  19
          1.2.2.1.2.2 免疫传感器的种类  19-20
  1.3 电化学生物传感器  20-27
    1.3.1 电化学免疫传感器  20-25
    1.3.2 电化学DNA 生物传感器  25-27
  1.4 课题意义及主要内容  27-28
  参考文献  28-32
第2章基于量子点和生物条码技术的电化学免疫传感器  32-58
  2.1 引言  32-33
  2.2 实验部分  33-36
    2.2.1 仪器与试剂  33-34
      2.2.1.1 仪器装置  33
      2.2.1.2 主要试剂  33-34
    2.2.2 实验方法  34-36
      2.2.2.1 Au 纳米粒子的制备  34
      2.2.2.2 水溶性CdS 量子点的制备  34
      2.2.2.3 DNA 修饰的CdS 量子点的制备  34
      2.2.2.4 生物条码探针的制备  34-35
      2.2.2.5 双抗体夹心法免疫分析过程  35
      2.2.2.6 电化学检测  35-36
  2.3 结果与讨论  36-53
    2.3.1 免疫传感器的设计方案及工作原理  36-37
    2.3.2 实验条件优化  37-39
      2.3.2.1 制备生物条码探针时第二抗体用量优化  37
      2.3.2.2 形成免疫复合物的孵育时间优化  37-38
      2.3.2.3 电化学检测pH 值优化  38-39
    2.3.3 纳米粒子与免疫复合物的表征及量化计算  39-44
      2.3.3.1 Au 纳米粒子  39-42
      2.3.3.2 CdS 量子点  42-43
      2.3.3.3 磁性微球  43
      2.3.3.4 磁性微球免疫复合物  43-44
    2.3.4 对生物条码探针比例的研究  44-47
    2.3.5 对磁性微球上结合抗体数量的研究  47-48
    2.3.6 DNA 和纳米粒子复合物的紫外表征  48
    2.3.7 免疫传感器的灵敏度研究  48-50
    2.3.8 免疫传感器的选择性和稳定性研究  50-51
    2.3.9 实际血清样品分析测定  51-53
  2.4 小结  53-54
  参考文献  54-58
第3章基于量子点和生物条码技术的电化学DNA 生物传感器  58-76
  3.1 引言  58-59
  3.2 实验部分  59-61
    3.2.1 仪器与试剂  59-60
      3.2.1.1 仪器装置  59
      3.2.1.2 主要试剂  59-60
    3.2.2 实验方法  60-61
      3.2.2.1 Au 纳米粒子的制备  60
      3.2.2.2 水溶性CdS 量子点的制备  60
      3.2.2.3 Au 纳米粒子和CdS 量子点修饰的DNA 生物条码探针的制备  60
      3.2.2.4 DNA 电化学生物传感器的组装  60-61
      3.2.2.5 电化学检测  61
  3.3 结果与讨论  61-72
    3.3.1 DNA 电化学生物传感器的设计方案及工作原理  61-62
    3.3.2 DNA 和纳米粒子复合物的紫外表征  62-63
    3.3.3 传感器组装过程的表征  63-64
    3.3.4 生物条码探针中信号DNA 与条码DNA 比例的优化  64-65
    3.3.5 电沉积金膜修饰玻碳电极的电化学表征  65-66
    3.3.6 Au 纳米粒子的表征及量化计算  66-68
    3.3.7 CdS 量子点的表征及量化计算  68-69
    3.3.8 生物条码探针中DNA 的量化计算  69-70
    3.3.9 传感器的灵敏度研究  70-72
    3.3.10 传感器的选择性研究  72
  3.4 小结  72-73
  参考文献  73-76
第4章基于生物条码技术的 K562 肿瘤细胞电化学生物传感器  76-88
  4.1 引言  76-78
  4.2 实验部分  78-81
    4.2.1 仪器与试剂  78
      4.2.1.1 仪器装置  78
      4.2.1.2 主要试剂  78
    4.2.2 实验方法  78-81
      4.2.2.1 Au 纳米粒子的制备  78-79
      4.2.2.2 金纳米粒子的巯基二茂铁（FeC）和巯基十六烷酸（MHA）修饰  79
      4.2.2.3 金纳米粒子的刀豆蛋白（Con A）修饰  79
      4.2.2.4 细胞生物传感器的组装  79-80
      4.2.2.5 细胞培养及在电极上的捕获  80-81
      4.2.2.6 经过修饰的金纳米粒子在电极上的固定及电化学检测  81
  4.3 结果与讨论  81-86
    4.3.1 传感器的组装及检测原理  81-82
    4.3.2 巯基二茂铁修饰的金胶溶液的紫外光谱表征  82
    4.3.3 金纳米粒子表面修饰巯基二茂铁的数量研究  82-83
    4.3.4 传感器组装过程的表征  83-84
    4.3.5 巯基十六烷酸与巯基二茂铁比例条件的优化  84-85
    4.3.6 经过修饰的金纳米粒子在电极上固定时间的优化  85
    4.3.7 细胞的检测  85-86
  4.4 小结  86-87
  参考文献  87-88
结论  88-89
致谢  89-90
攻读学位期间发表的学术论文目录  90-92

基于量子点的电化学生物传感器的研制及在肿瘤标志物检测中的应用

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