量子点电化学发光DNA生物传感器及环境分析应用研究

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重金属因为其极微量就易于在生物体内持久性地富集从而严重危害生物和人体健康,这一特点引起了人们对于重金属污染的广泛关注;氯霉素(CAP)是一种高效的广谱抗生素,当摄取过量时对人体有着非常严重的毒副作用,例如会引起人体罹患再生障碍性贫血,灰婴综合征等疾病,因此建立新型高灵敏度、高选择性的重金属和抗生物的残留快速检测技术,对于环境保护和食品安全都具有重要意义。本文利用二硫化钼、金纳米粒子等新型纳米材料与DNA探针、适配体构建了灵敏度高、选择性好、响应快、性能稳定的检测重金属和氯霉素的电化学发光(ECL)生物传感器。主要研究内容如下:(1)合成了核壳型量子点(QDs)CdSe@CdS,将带正电荷的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)吸附富集在二维纳米材料二硫化钼(Mo S2)上,然后将CdSe@CdS量子点通过与PDDA的静电吸引作用富集在Mo S2上,制成二硫化钼/量子点(Mo S2-QDs)复合物,以此为固定修饰氨基基团的DNA1探针的载体。制备金纳米颗粒(Au NPs)并与修饰硫醇基团的DNA2探针和葡萄糖氧化酶(GOD)结合,制备GOD-Au NPs-DNA2复合物。利用紫外-可见吸收光谱,荧光光谱,透射电子显微镜表征合成的复合物。Hg2+可以与富含胸腺嘧啶(T)碱基的DNA1和DNA2通过T-T错配碱基形成T-Hg2+-T的复合物,从而将GOD修饰到电极表面。GOD催化溶液中的溶解氧对葡萄糖的氧化作用,从而原位产生QDs的共反应剂即H2O2,传感器产生强烈的ECL信号。当待测溶液中Hg2+浓度增加时,ECL信号逐渐增强,线性范围为1.0×10-12~1.0×10-6mol/L,检测限为0.1 pmol/L。本文还研究了传感器的重现性、稳定性和特异性。将该传感器用于测定真实水样、牛奶和土壤样品中的Hg2+,得到了满意的结果。(2)合成了量子点CdS,利用PDDA功能化二维纳米材料氧化石墨烯(GO),以此为载体制备了纳米发光材料量子点-氧化石墨烯纳米复合物(GO-QDs)。利用紫外-可见吸收光谱,荧光光谱,透射电子显微镜表征了合成的复合物。采用生物素(biotin)-亲和素标记辣根过氧化物酶(HRP),制得酶联适体系统,氯霉素适配体末端修饰的生物素可以直接与亲和素标记的HRP特异性相结合,可用以检测氯霉素。当HRP结合至电极表面时会消耗溶液中含有的作为QDs共反应剂的H2O2,从而造成电化学发光(ECL)信号的减弱。当目标物溶液中含有氯霉素时,由于氯霉素会诱导适配体离开电极表面并与之结合,而此时信号物质辣根过氧化物酶也会离开电极表面,从而使ECL信号显著增强。传感器的ECL强度与氯霉素浓度呈现一定的线性相关关系,线性范围为1.0×10-12~1.0×10-7 mol/L,检测限为0.5 pmol/L。本文还研究了传感器的重现性、稳定性和特异性。将该传感器用于测定牛奶和实际药物样品中的氯霉素,得到了满意的结果。(3)利用天然壳聚糖CS功能化CdS量子点,制备了纳米复合电化学发光材料。利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征了所合成的复合物。氯霉素适配体和氨基修饰末端的适配体互补链杂交成双链ds DNA。氯化血红素(hemin)插入双链结合至电极表面时,会发生生物催化产生不溶性沉淀(Biocatalytic precipitation,BCP),即氯化血红素会催化溶液中的H2O2对4-氯-1-萘酚的氧化作用,从而产生生物不溶性沉淀而猝灭量子点的电化学发光信号。当目标物溶液中含有氯霉素时,由于氯霉素会诱导适配体离开电极表面并与之结合,而此时hemin也会离开电极表面,从而使电化学发光信号得到显著增强。传感器的电化学发光强度与氯霉素浓度呈现一定的线性相关关系,线性范围为1.0×10-11~1.0×10-7 mol/L,检测限为5 pmol/L。本文还研究了传感器的重现性、稳定性和特异性。将该传感器用于测定牛奶中的氯霉素,得到了满意的结果。
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