基于功能化纳米材料的高灵敏电化学免疫分析新方法

作者
林大杰;
摘要
对肿瘤标志物进行高灵敏度和高选择性的免疫检测,在疾病诊断、药物筛选、以及生物防御应用中具有重大意义。电化学免疫分析方法由于其具有好的便携性、低价、以及高的检测灵敏度,得到了很快地发展。通过负载大量酶来实现信号放大的方法,是构建超灵敏免疫传感器用来检测低丰度生物标志物的重要方法。但是,酶易变性、渗漏、以及标记过程耗时,而且酶的制备和提纯过程昂贵,使得这些负载多酶纳米材料探针实际应用十分有限。本论文利用纳米技术、主客体超分子组装和化学生物学等手段,结合聚二烯丙基二甲基氯化铵功能化的碳纳米管(PDDA/CNTs)和电还原的氧化石墨烯促进电子转移,发展了一系列的无生物酶标记的免疫分析策略。此外,利用量子点电致化学发光(ECL)高灵敏、低背景噪音的特性,结合铁血红素生物条形码纳米探针标记消耗共反应剂引起淬灭,构建超灵敏量子点电致化学发光免疫分析策略。主要包括以下四个部分:1、原位金纳米棒超分子组装信号放大用于超灵敏电化学免疫传感发展了一种基于主客体链接反应组装金纳米棒(AuNRs)作信号示踪物进行信号放大的方法。该放大途径首先通过巯基-β-环糊精(HS-β-CD)功能化的金纳米粒子标记信号抗体,然后在传感器表面生成的夹心免疫复合物上用4,4,4,4-(2 1H,23H-卟啉-5,10,15,20-四甲基)四(苯甲酸)作为桥联,通过简单方便的主客体反应原位组装上多层HS-β-CD的AuNRs。头碰头式组装的AuNRs能方便的预氧化,然后差分脉冲伏安法分析溶出的金,在电化学生物传感中的信号放大中表现出优异的性能。免疫传感器通过共价结合捕获抗体到壳聚糖/PDDA/CNTs修饰的电极上制得。富集的AuNRs提高了检测α-甲胎蛋白的灵敏度,检测线性范围在0.5 pg mL-1~0.5 ng mL-1,检测限为0.032 pg mL-1。免疫分析方法显示出良好的稳定性和可接受的制备重现性和准确度。超分子原位组装方法应用到其它标记物的识别体系中,扩大了信号放大策略的应用范围,尤其在临床诊断方面具有潜在的应用价值。2、石墨烯膜基传感器与金纳米粒子-银沉积三重信号放大用于电化学免疫分析基于石墨烯修饰免疫传感器来加速电子转移、金纳米粒子(AuNPs)功能化聚苯乙烯丙烯酸微球(PSA)标记信号抗体(Ab2)和AuNPs催化银沉积,设计了一种三重信号放大策略。利用银的阳极溶出信号,建立了高灵敏电化学免疫传感方法。免疫传感器通过在壳聚糖/电化学还原的氧化石墨烯修饰玻碳电极上共价固定捕获抗体(Ab1)制得。在PSA球上进行AuNPs的原位合成,负载上大量的AuNPs,并在其表面功能化上Ab2,制备灵敏信标探针。通过夹心免疫反应,AuNPs/PSA标记的Ab2结合在免疫传感器表面,然后进一步进行催化银沉积过程。沉积的银纳米粒子在KCl溶液中的电化学溶出信号被用于检测免疫反应。三重信号放大的免疫检测方法极大地增强了对癌胚抗原(CEA)的检测灵敏度,线性范围达到0.5pg mL-1~0.5 ng mL-1,检测限低至0.12 pg mL-1。该免疫传感器具有好的稳定性,可接受的重复性和精确度,具有潜在的临床诊断应用前景。3、石墨烯增强及金纳米粒子/介孔碳泡沫协同催化银沉积构建超灵敏电化学免疫传感金纳米粒子功能化的介孔碳泡沫(Au/MCF)用来C-Au协同催化银增强信号放大,发展高灵敏检测生物标记物的电化学免疫分析方法。通过在羧酸化的MCF上原位生长纳米金制得Au/MCF材料,利用蛋白与纳米金内在作用,标记上信号抗体用作示踪标记物。免疫传感器通过在壳聚糖/电化学还原的氧化石墨烯修饰玻碳电极上共价固定捕获抗体(Ab1)制得。通过夹心免疫反应,AuNP/MCF标记的Ab2结合在免疫传感器表面,然后进行催化银沉积过程。沉积的银纳米粒子在KCI溶液中的电化学溶出信号被用于检测免疫反应。利用Au/MCF协同促进银沉积与石墨烯促进电子转移的构建的免疫分析方法,实现了对癌胚抗原(CEA)的高灵敏检测。在最优条件下,构建的免疫分析方法展示了较宽的线性范围,达到0..1 pg mL-1~1.0ng mL-1,检测限低至0.024 pg mL-1.新型信号放大策略在构建其它高灵敏电化学生物传感中,也具有很好的应用前景。4、基于铁血红素生物条形码纳米粒子标记淬灭量子点电致化学发光的免疫传感器将抗体和富含鸟嘌呤巯基单链DNA组装在金纳米粒子上,通过DNA与铁血红素反应形成G-四联体/铁血红素,制得一种类HRP酶性质的纳米粒子探针,用于抗体的生物条形码标记。利用生物条形码纳米探针对ECL共反应剂还原的电催化作用实现ECL强度的淬灭,结合PDDA/CNTs对量子点ECL的增强,发展了一种高灵敏的ECL免疫分析方法。该ECL免疫传感器由碳纳米管、量子点(QDs)和捕获抗体层层组装修饰在玻碳电极上制得。在空气饱和的pH值8.0的PBS溶液中,该免疫传感器显示碳纳米管增强量子点的阴极ECL发光。在免疫复合物生成以后,由于生物条形码电催化还原溶解氧,ECL共反应剂的消耗,造成ECL强度下降。以α-甲胎蛋白作为模型分析物,ECL淬灭原理构建的ECL免疫分析方法可在0.01 pg mL-1~1 ng mL-1的浓度范围内对其进行检测,检测限低达1.0 fg mL-1。宽检测范围和高灵敏度来自于碳纳米管对ECL发光强度的增强以及生物条形码探针对共反应剂的高效催化。该免疫传感器表现出良好的稳定性和可接受的制备重现性和准确度,在临床应用上具有一定的应用前景。
关键词/主题词
生物传感器;免疫传感器;免疫分析;电化学;金纳米粒子;金纳米棒;聚合物球;碳纳米管;石墨烯;介孔碳泡沫;银沉积;血红素;DNA;生物条形码;电致化学发光;量子点;共反应剂;信号放大;信号探针;肿瘤标志物
页数
108
出版日期
2013-07-25
学位授予单位
南京大学
学位年度
2013
学位
博士
导师
鞠熀先
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