蔡金新型纳米材料在生物传感研究中的应用

学校代号 10532 学 号 S11111064 分 类 号 密 级 硕士学位论文新型纳米材料在生物传感 研究中的应用学位申请人姓名 蔡金 培 养 单 位 化学化工学院 导师姓名及职称 蔡青云 教授 学 科 专 业 分析化学 研 究 方 向 纳米功能材料与生物传感 论文提交日 期 2013 年 5 月 24 日 学校代号：10532学 号：S11111064密 级：湖南大学硕士学位论文新型纳米材料在生物传感研究中的应用学位申请人姓 名：蔡金 导师姓名及职 称：蔡青云 教授 培 养 单位：化学化工学院 专 业 名称：分析化学 论 文 提 交 日期：2014 年 5 月 24 日 论 文 答 辩 日期：2014 年 5 月 29 日 答辩委员会主 席：胡家文 教授 新型纳米材料在生物传感研究中的应用Application Research of New Type of Nanomaterials in Biological SensorsCai JinB.S. (Hunan University) 2011A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree ofMaster of ScienceinAnalytical Chemistryin the Graduate SchoolofHunan UniversitySupervisorProfessor Cai Qingyun May, 2014I湖 南 大 学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日新型纳米材料在生物传感研究中的应用II摘 要20 世纪 80 年代初发展起来的纳米材料,由于具有奇异的物理、化学特性和广阔的应用前景而享有“跨世纪的新材料”之称。纳米材料独特的结构,使其具有四大效应: 小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应。纳米颗粒具有独特的化学和物理性质,可应用于电学、光学、催化、磁性材料、生物技术、药物输送等领域。用纳米材料修饰的电极结合光电分析法以及纳米材料与荧光分析技术相结合的应用都给分析检测领域带来了更多高效率的检测手段。化学修饰电极最突出的特点就是可以有针对性地对化学电极进行改造,从而达到人们的要求。化学修饰电极在定量检测分析中的应用,是把分离、富集和测定三者融合的体系,在提高灵敏度和选择性方面有着自身特有的优越性,因而拓展了电分析化学检测物质的范围。荧光生物传感技术具有响应速度快和灵敏度高等优点,被广泛应用于各种生物分子的检测,包括生物小分子、蛋白质、核酸和酶活性等。传统的荧光传感技术还存在较高背景荧光的干扰，而且传统的荧光生物传感技术往往需要多重荧光标记和一系列的放大方法来提高灵敏度,从而增加了检测的成本和实验的复杂性。因此进一步改进和发展新的荧光传感技术,以提高生物分析的性能和降低检测的成本有十分重要的意义。本论文将努力实现纳米技术与光电化学分析技术、荧光分析技术相结合应用于持久性有机污染物和蛋白质的检测。具体内容如下：（1）CdTe/CdS 共敏化的 TiO2纳米管阵列构建的光电免疫传感器用于持久性有机污染物-八氯苯乙烯的检测：使用阳极氧化法、水热法及层层吸附的方法分别合成TiO2纳米管、CdTe 量子点和 CdS 量子点。基于三者之间构呈阶梯状的带隙结构，因而用它们构建的复合电极表现出较强的光电活性。通过交联剂在电极表面修饰上本实验室首次获得的八氯苯乙烯抗体，构建了针对八氯苯乙烯选择性定量分析的光电化学免疫传感器。CdTe/CdS-TiO2 NTAs 具有较强的光电活性，因而光照条件下表现出较大的光电流，一旦在其表面连接上抗体后，电流会降低，而加入目标物-八氯苯乙烯之后，八氯苯乙烯和抗体之间的免疫反应形成免疫复合物阻碍还原物传递到CdTe/CdS-TiO2 NTA 的表面，引起光电流进一步降低。通过光电流降低的信号即可对目标物进行定量。我们成功的检测了样品中的痕量八氯苯乙烯，检测下限约为2.58 pM，与传统分析方法检测限相当。此光电化学免疫传感器不仅选择性优异，而且展现了较高的灵敏度与准确度并拥有良好的耐储存性，在监测实际样品中八氯苯乙烯的污染等级方面有着良好的应用前景。（2）基于单层 VS2纳米片独特的 DNA 吸附和通用型荧光淬灭性能发展了一种硕士学位论文III新型荧光检测方法用于细胞色素 C 的检测。在我们的实验中，用最近开发出的通过水热法结合超声剥离的方法剥离大块 VS2来合成单层 VS2纳米片。利用荧光标记的细胞色素 C 的适配体（单链 DNA） ，VS2纳米片对适配体和适配体与目标物的结合物表现出不同的吸附性能，最终表现在荧光的淬灭与恢复，我们通过加入目标物前后及加入量的不同引起荧光强度的变化来对目标蛋白进行定量分析。使用该方法检测细胞色素 C，检测下限为 0.8nM。此分析方法拥有较高的灵敏度、精确度与优异的选择性、较宽的线性范围，而且设计简单、方便经济,有望成为细胞色素 C 灵敏检测的一种常用方法。关键词：光电化学；免疫传感器；荧光；TiO2；CdTe；CdS；VS2；八氯苯乙烯；细胞色素 C；纳米材料新型纳米材料在生物传感研究中的应用IVAbstractThe nanomaterials have attracted more interest in the study of researchers from the early 1980s. The unique strueture makes it has four effects: small size effect, surface effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunnel effect. Nanoparticles with unique chemical and physical properties can be applied in the field of electrical, optieal, catalytical, magnetiematerials, biological technology, drug delivery, etc. The use of nanomaterials modified photoelectrodes and nano materials and combination of fluorescence analysis technology to analyze the testing substance made the measurement rapid and convenient.The most obvious advantage of modified electrode is that they can be modified with functional group as people needed. The application of the quantitative measurement is the combination system of separation, gathering and measurement to extend the range of electrochemical analysis. Fluorescent analysis technology has been widely applied in the detection of various biomolecules, including protein, small molecules, nucleic acids and enzyme activity, attributing to its analytical advantages of high sensitivity and rapid response time. In order to improve the sensitivity, traditional fluorescent biosensing technology usually requires multiple-fluorophore labeling and different amplification techniques, which might add cost and complexity for the assay. n addition, traditional fluorescent biosensing technology suffers from a relatively high background signal. Therefore, it is of great importance to develop new fluorescent biosensing techniques so as to enhance the bioanalytical performance and reduce the cost.This paper will try to realize the combination of nanotechnology with photoelectric chemical analysis technology and fluorescence analysis technology, which is applied to persistent organic pollutants (pops) and protein detection. The main contents are as follows:(1) Label-Free Photoelectrochemical Immunosensor based on CdTe/CdS Co-sensitized TiO2 Nanotube Array Structure for persistent organic pollutant - Octachlorostyrene Detection: anodic oxidation