基于纳米材料的新型生物传感体系的构筑

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纳米材料因具有独特的小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应而派生出一些特殊的化学性质如催化活性。与天然酶相比,纳米材料具有生产简便、抗变性能强、催化活性高、成本较低和易于存储等显著优势。但是纳米材料存在催化效率偏低,催化类型有限、底物选择特异性不高等缺点。所以,为了提高催化效率,探索可以活化天然酶的纳米材料,可在提高催化效率的同时还可以扩展纳米材料和天然酶的应用领域。基于此,本文围绕纳米材料活化天然酶辣根过氧化物酶(HRP)及其应用于分析检测进行研究,主要研究内容如下:(1)二氧化钛纳米粒子(TiO2 NPs)可以与酪氨酸酶(TYR)催化酪氨酸生成的二羟基苯丙氨酸(L-DOPA)结合生成DOPA-Ti IV电子转移(CT)化合物。TiO2/DOPA复合物在可见光照射下(无过氧化氢H2O2)产生活性物种ROS超氧化物阴离子(O2·-),光生空穴(h+)可以活化HRP的酶活性。基于此,文中建立了一个三重信号放大的级联反应:基于TYR的生物催化产生的L-DOPA(第一重信号放大),并且形成的TiO2/DOPA复合物在可见光下产生多种活性物种ROS(O2·-、h+)(第二重信号放大)活化HRP催化氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)底物(第三重信号放大)。该体系建立的策略可用于灵敏地检测TYR活性,并进一步运用于免疫检测分析中。(2)本文合成的石墨相氮化碳纳米片(g-C3N4)不仅具有光诱导模拟酶活性而且在可见光照射下可以活化天然酶HRP催化氧化底物TMB引起比色信号,同时使得检测信号放大。在可见光照条件下,将g-C3N4活化HRP酶活与酪胺信号放大技术(TSA)结合起来建立了一种免疫传感器用于检测甲胎蛋白(AFP),该免疫传感器具有宽的检测范围和高灵敏度,并成功应用于人血清样品中AFP的检测。(3)本文合成了一种碳量子点(CDs)纳米材料,其具有较高的光稳定性、低毒性和良好的生物相容性,并且在可见光(λ≥400 nm)下有较强的模拟酶催化活性可以催化氧化典型底物TMB显色。通过Cu2+与CDs间的配位作用而建立了一种开启型比色检测焦磷酸根离子(ppi)的传感器。Cu2+加入CDs溶液会使CDs光催化模拟酶活性减弱;在ppi存在下,铜离子与ppi发生配位作用形成了Cu2+-ppi复合物使得CDs的模拟酶活性恢复。因此,CDs可用于以高选择性和灵敏性检测PPi。
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