基于核酸放大及共反應放大策略構建的電致化學發(fā)光生物傳感器的研究.pdf

1、電致化學發(fā)光（ECL）生物傳感器是一類以生物分子如核酸分子、適體、抗體等為分子識別元件，結合ECL技術實現目標物檢測的傳感器。ECL生物傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應速度快、操作簡便、成本低等優(yōu)點，被廣泛應用于疾病相關核酸分子、蛋白質、功能小分子等的檢測。通常，向ECL體系中引入共反應試劑可顯著增強ECL信號強度，從而提高ECL生物傳感器的檢測靈敏度。然而，一些共反應試劑不穩(wěn)定且難以標記，從而增加了固載難度。同時，其與發(fā)光體相互作用

2、時，電子傳輸距離長、能量損失大。鑒于此，本論文主要從提高發(fā)光體和共反應試劑之間的相互作用效率著手，通過合成自增強型ECL試劑和引入新型共反應促進劑放大策略，并結合核酸擴增技術以及多種納米復合材料，構建了多個ECL生物傳感器，實現了多種生物分子如microRNAs、蛋白等的高靈敏檢測。本論文主要的研究工作如下：
　　1.基于目標物催化發(fā)夾組裝和分子內/分子間共反應信號放大策略構建的 ECL生物傳感器研究
　　目前，將電致化學發(fā)

3、光技術和核酸擴增技術結合起來用于 microRNAs（miRNAs）的檢測日漸成熟。然而，大多數的核酸擴增技術都依賴酶的參與，因此會受到一些不利因素，如操作步驟繁瑣、操作條件苛刻和測試成本較高等的制約。目標物催化發(fā)夾組裝（T-CHA）技術能在無酶的條件下實現，其不僅具有靈敏度高、分析時間短、操作簡單等特點，而且還能同時實現目標物的循環(huán)擴增。另外，在構建ECL生物傳感器過程中，引入合適的共反應試劑，同時有效的提高共反應試劑和發(fā)光體的作用效

4、率尤為重要。通過共價交聯作用，將共反應試劑和發(fā)光體合成為一個分子，制得自增強型釕復合物發(fā)光試劑（PEI-Ru(II)），縮短了發(fā)光體 Ru(II)與共反應試劑聚乙烯亞胺（PEI）之間電子傳輸距離，減少了 Ru(II)與PEI作用中能量的損失，提高了發(fā)光體與共反應試劑的作用效率，進而獲得更強且穩(wěn)定的ECL信號。本研究首次將新型的共反應試劑氨基硫脲（TSC）引入PEI-Ru(II)自增強發(fā)光體系中，實現了分子內/分子間雙重共反應放大，進一步

5、結合無酶T-CHA構建了生物傳感器來高靈敏的檢測 miR-21，其檢測范圍為1.0×10-16 mol/L到1.0×10-11 mol/L，檢測限低至30 amol/L。
　　2.基于苝衍生物作為新型共反應促進劑信號放大構建的ECL生物傳感器研究
　　量子點（QDs）具有尺寸和發(fā)射波長可控、發(fā)光產率高和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其作為ECL試劑已被廣泛用于生物標志物的分析中。值得注意的是，QDs的固載是固態(tài)ECL生物傳感器構建過程

6、中的關鍵步驟。石墨烯憑借優(yōu)良的導電性和大的比表面積等優(yōu)勢，可作為 QDs理想的固載基質。同時，過硫酸根（S2O82 ）作為QDs最常用的共反應試劑使QDs產生高效穩(wěn)定的ECL信號，但是由于其難以固載，使其應用受到了一定的限制。本研究在S2O82 /QDs體系中引入共反應促進劑解決了這一難題。其中，L-賴氨酸功能化的苝四甲酸的復合物（PTC-Lys）作為一種新型的苝衍生物，能夠促進S2O82 產生更多的強氧化劑中間體SO4 ，從而增強Q

7、Ds的ECL信號。基于PTC-Lys作為新型的共反應促進劑構建了高靈敏的適體傳感器用于檢測凝血酶（TB），檢測范圍為1.0×10-16 mol/L~1.0×10-8 mol/L，檢測限為34 amol/L。
　　3.基于金屬有機骨架材料/量子點復合材料作為多功能信號探針構建的ECL生物傳感器研究
　　金屬有機骨架材料（MOFs）一般是以金屬離子為連接點，有機配體為支撐構筑的3D空間網絡結構材料，具有比表面積大、孔尺寸和孔形狀

8、可調等優(yōu)點，使其成為理想的固載材料。本研究為了固載更多的發(fā)光試劑CdTe QDs，同時采用了“內腔填充”、“內表面修飾”以及“外表面修飾”方法制得異格金屬有機骨架材料-3（IRMOF-3）內外表面均修飾有CdTe QDs的復合材料CdTe@IRMOF-3/CdTe QDs。值得注意的是，IRMOF-3不僅可作為CdTe QDs的固載基質，而且能促進S2O82 產生更多的強氧化劑中間體SO4 發(fā)射更強的ECL信號，即起到了共反應促進劑的