基于多孔金属及共价有机框架材料的电化学生物传感器在疾病标记物检测中的应用

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共价有机框架材料(COF)具有高稳定性(热稳定性与化学稳定性),同时具有较高的比表面积及较大的孔容,负载了金属纳米粒子之后,可以很好的提高生物相容性,具有广泛的应用价值。疾病标记物常作为身体健康指标,当身体患有疾病时在血浆中就能够检测到,因此疾病标记物的研究对人类身体健康的研究有十分重要的意义。本文合成了两种共价有机框架材料(COF-LZU1和COF-TpPa-1)并引入了Pt、Au纳米粒子,制备了Pt NPs/COF-LZU1、Au NPs/COF-TpPa-1复合材料,并将其修饰在玻碳电极表面作为固定基质来固定抗体。本文还合成了负载Au纳米颗粒的金属有机骨架材料(MOFs)(Au NPs/Cu-TPA)以及Pd NPs/MnO2、Ir/MnO2复合材料,并将其分别用于标记癌胚抗原(CEA)的抗体、C-反应蛋白(CRP)的抗体、前列腺特异性抗原(PSA)的抗体,制备了一系列电化学免疫传感器用于检测疾病标记物。(1)采用水热法合成了负载Au纳米颗粒(Au NPs)的金属有机骨架材料(Au NPs/Cu-TPA)纳米复合材料,以Au NPs/Cu-TPA标记CEA的抗体(Ab2)为信号探针,通过电还原的方法将氧化石墨烯还原到电极上用来固定CEA抗体(Ab1),研制了一种电化学免疫传感器用于CEA的测定。所合成的MOFs材料中含有大量的Cu2+,并且其电化学信号比较稳定,可通过检测MOFs材料中Cu2+的信号来实现对目标物的检测。这种直接检测材料中Cu2+的方法不同于传统的检测法,它不需要对材料进行提前处理,并且负载了贵金属后对抗体的固定能力增强了,简化了检测步骤并缩短了检测时间。该传感器对CEA的检测灵敏度好,操作简便。在最优实验条件下,此传感器的线性范围为0.1-80 ng/mL,检测下限为0.03 ng/mL,线性相关系数为0.9887,此CEA免疫传感器可用于真实样品中CEA的测定。(2)采用溶剂热法合成了共价有机框架材料(COF-LZU1),然后通过还原法将金属Pt还原在COF材料上,实验以Pt NPs/COF-LZU1复合材料作为固定基质,用负载了Pd纳米颗粒的MnO2纳米复合材料(Pd NPs/MnO2)来标记C-反应蛋白抗体,制备了夹心型C-反应蛋白(CRP)免疫传感器。通过计时电流法(i-t)检测Pd NPs/MnO2催化过氧化氢的还原电流,所得的还原电流与CRP的浓度在1-150 ng/m L范围内线性良好,相关系数R2=0.9961,检测下限为0.33 ng/mL。(3)采用高温溶剂热法合成了COF-TpPa-1,通过还原法将金纳米颗粒负载到COF-TpPa材料上,制得了Au NPs/COF-TpPa-1纳米材料,并将其作为固定基质来固定CRP抗体,制备了无标记型CRP免疫传感器。修饰在电极上的Au NPs/COF-TpPa-1可直接催化对硝基苯酚的还原,当CRP抗体与抗原结合后,阻碍了电极表面的电子传递速率,使得检测电流减小,通过电流与抗原浓度之间的关系,实现对CRP的检测。线性范围为0.01-150 ng/mL,检测下限为3 pg/mL,相关系数为0.9980。该传感器检测下限低,灵敏度高,方法简便。(4)利用共价有机框架材料良好的生物相容性和多孔性及稳定性等特点,以负载金属Ir的MnO2纳米材料标记前列腺特异性抗原(PSA)的抗体(Ab2)作为信号探针,在电极上修饰共价有机框架材料COF-LZU1,通过电还原的方法将Ag+还原到COF材料的表面用来捕获PSA抗体(Ab1),研制了一种电化学免疫传感器用于检测PSA。所合成的MnO2纳米材料具有比表面积大、多孔道等优点,有利于抗体的固定,增强了电化学信号。在最优实验条件下,此传感器的线性范围为0.01-150 ng/mL,检测下限为3 pg/m L,线性相关系数为0.9887。该传感器对PSA的检测下限低,操作简便。
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