發(fā)布時(shí)間：2020-03-26 04:32

【摘要】：近年來(lái),對(duì)新材料的研究持續(xù)成為熱點(diǎn),涌現(xiàn)出各種各樣具有特定功能的高性能材料。有機(jī)多孔材料(porous organic polymers,POPs)中,共價(jià)-有機(jī)框架材料(Covalent-organic frameworks,COFs)和金屬-有機(jī)框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是近幾年新發(fā)展起來(lái)的兩種新型材料。由于其具有結(jié)構(gòu)的多樣性、靈活的可操作性、框架密度低以及化學(xué)可修飾性強(qiáng)等特點(diǎn),在生物醫(yī)學(xué)、生物傳感以及癌癥的診斷和治療等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。導(dǎo)電雜化納米材料是幾種納米材料的結(jié)合,其性能優(yōu)于每種單獨(dú)的納米材料。由于其具有大面積特異性界面和良好的電導(dǎo)率,導(dǎo)電雜化納米材料在電化學(xué)免疫傳感器的制備中具有許多優(yōu)勢(shì)。根據(jù)以上材料的特點(diǎn),本文合成了負(fù)載金納米顆粒的共價(jià)有機(jī)框架材料(Au NPs@COF-TpPa-1、Au NPs@COF-LZU8)、鎘金屬有機(jī)框架材料(Cd-MOF)、鈷金屬有機(jī)框架材料(Co-MOF)、負(fù)載金納米顆粒的類(lèi)石墨相氮化碳(Au NPs@g-C_3N_4)、離子液體功能化的二硫化鉬(IL-MoS_2)、負(fù)載銥納米顆粒的1,5-二氨基萘(DN)功能化的石墨烯(Ir NPs@GO-DN)等復(fù)合材料,并將其用于構(gòu)建C-反應(yīng)蛋白傳感器和單核苷酸多態(tài)性傳感器。(1)納米模擬酶作為一類(lèi)極具發(fā)展前景的功能材料而廣受關(guān)注,Co_3O_4具有模擬過(guò)氧化氫酶的性質(zhì),對(duì)H_2O_2的還原有較好的催化作用。Au NPs@COF-TpPa-1具有較大的比表面積及良好的蛋白吸附性,本實(shí)驗(yàn)中采用Au NPs@COF-TpPa-1固定C-反應(yīng)蛋白抗體,氨基化后的Co_3O_4標(biāo)記C-反應(yīng)蛋白抗體,構(gòu)建了一種新型夾心法C-反應(yīng)蛋白傳感器。通過(guò)計(jì)時(shí)電流法(i-t)檢測(cè)H_2O_2的還原電流,所測(cè)的電流與CRP的濃度在0.05-80 ng/mL內(nèi)具有良好的線性范圍,相關(guān)系數(shù)R2=0.9955,檢出限為16.7 pg/mL。該傳感器的響應(yīng)能力、靈敏度較好。(2)Au NPs@COF-LZU8具有高電導(dǎo)率,本實(shí)驗(yàn)將其作為基底固定CRP抗體,構(gòu)建了一種檢測(cè)迅速、靈敏度高的無(wú)標(biāo)記型電化學(xué)免疫傳感器,實(shí)現(xiàn)其在實(shí)際血清樣品中對(duì)C-反應(yīng)蛋白(CRP)的測(cè)量。當(dāng)抗體與抗原發(fā)生免疫反應(yīng)時(shí),形成的免疫復(fù)合物會(huì)阻礙電化學(xué)探針[Fe(CN)_6]~(4-/3-)的電子傳遞,降低其響應(yīng)電流,從而實(shí)現(xiàn)CRP的快速檢測(cè)。此外,Au NPs@COF-LZU8具有豐富的吸附位點(diǎn)和較大的比表面積,可以通過(guò)提高抗體的負(fù)載量來(lái)改善免疫傳感器的性能。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,此電化學(xué)免疫傳感器的線性范圍從0.1 ng/mL-200 ng/mL,相關(guān)系數(shù)R2=0.9913,檢出限為33.3 pg/mL,將此免疫傳感器用于在人血清樣品中CRP的檢測(cè),此方案也可用于其它蛋白質(zhì)的分析。(3)導(dǎo)電雜化納米材料Au NPs@IL-MoS_2具有較大的比表面積及良好的導(dǎo)電性,Ir NPs@GO-DN復(fù)合材料對(duì)H_2O_2的還原有較好的催化效果�；�于以上幾點(diǎn),本章以Au NPs@IL-MoS_2固定CRP抗體、Ir NPs@GO-DN標(biāo)記抗體,構(gòu)建了一種新的夾心型CRP傳感器。此電化學(xué)免疫傳感器的線性范圍0.01-100 ng/mL,相關(guān)系數(shù)R2=0.9931,檢出限為3.3 pg/mL,該方法顯示出良好的靈敏度,為C-反應(yīng)蛋白的檢測(cè)提供了一種新的手段。(4)在人類(lèi)基因組大約30億堿基中,大約每1000個(gè)堿基就有一個(gè)堿基可能發(fā)生突變,可能引起它所編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生異常,導(dǎo)致疾病的發(fā)生。因此,對(duì)特定序列DNA的檢測(cè)與突變堿基的有效識(shí)別,即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)檢測(cè)技術(shù),具有十分重要的意義。在第五章中,構(gòu)建了基于功能化金屬有機(jī)框架材料的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)DNA傳感器,并利用雜交鏈反應(yīng)進(jìn)行信號(hào)放大,增加傳感器的靈敏度。本工作利用Au NPs@GO所具有的較大的比表面積,通過(guò)Au-S鍵的結(jié)合力將3’端帶有巰基的捕獲探針(Capture probe)固定在修飾了Au NPs@GO電極上。實(shí)驗(yàn)制備了鎘金屬有機(jī)框架材料(Cd-MOF),并在其表面修飾了金屬納米粒子(Au NPs)和親和素(SA)。所合成的Au NPs@Cd-MOF/SA復(fù)合物材料通過(guò)生物素(biotin)修飾的信號(hào)探針(signal DNA)組裝在電極表面。并且,所合成的Cd-MOF還具有電化學(xué)活性,可以作為信號(hào)標(biāo)簽輸出電化學(xué)信號(hào)。通過(guò)差分脈沖伏安法(DPV)檢測(cè)鎘離子的電流信號(hào)峰,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)DNA S1的定量檢測(cè)。此電化學(xué)SNP傳感器的線性范圍0.001-10 pmol/L,相關(guān)系數(shù)R2=0.9790,S1的檢出限為0.33fmol/L,該方法顯示出良好的靈敏度,具有臨床應(yīng)用的潛力。(5)SNP不僅認(rèn)為是癌癥相關(guān)藥物代謝或反應(yīng)性研究的遺傳標(biāo)記,也是鑒定遺傳性致病基因的基本工具。在第六章中,為了進(jìn)一步提高SNP檢測(cè)的靈敏度用于臨床疾病診斷的研究,本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了基于DNA納米機(jī)器(DNA Walkers)的信號(hào)放大型SNP DNA傳感器。DNA Walkers通過(guò)功能化的Au NPs@CoFe_2O_4和精心設(shè)計(jì)的核苷酸序列得以構(gòu)建。在傳感器的制備上,利用Au NPs@g-C_3N_4具有較大的比表面積和Au-S鍵的結(jié)合力將3’端帶有巰基的捕捉探(Capture probe)固定在電極上。此外,我們還制備了鈷金屬有機(jī)框架材料(Co-MOF),所制備的Co-MOF具有良好的電化學(xué)活性,可以作為信號(hào)標(biāo)簽輸出電化學(xué)信號(hào)。本工作設(shè)計(jì)了信號(hào)放大策略,該策略可以通過(guò)信號(hào)探針(Signal probe)和輔助探針(Auxiliary probe)互補(bǔ)雜交循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。此電化學(xué)SNP傳感器的線性范圍為0.0001-0.1 fmol/L,相關(guān)系數(shù)R2=0.9796,目標(biāo)DNA(Target DNA)的檢出限為0.033 amol/L。
【圖文】：

圖 1.1 基于共價(jià)-有機(jī)框架傳感器的制備流程圖[14]1.1.3 金屬-有機(jī)框架及其在傳感器方面的應(yīng)用金屬-有機(jī)框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），是由有機(jī)配體和金離子或團(tuán)簇通過(guò)配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料[15]絕大多數(shù) MOFs 以水熱或溶劑熱法合成，是指在密封的壓力容器中，以水為劑，在高溫高壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)合成方法。由于 MOFs 具有可控的孔徑大小、不飽和的金屬位點(diǎn)、功能基團(tuán)以及良的生物兼容性，在固定化基質(zhì)方面有應(yīng)用前景，因?yàn)榧词乖诜亲匀画h(huán)境（高溫溶劑）下 MOFs 也能長(zhǎng)期保持固定化酶的生物活性和穩(wěn)定性[16]。在 MOFs 特中，它們的雜化性質(zhì)和多峰孔隙度已成為成功生物催化的關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)樗�給予有效的質(zhì)量傳遞，并最終實(shí)現(xiàn)輔助因子的共同作用。當(dāng)用作模板/前體時(shí)MOFs 可以轉(zhuǎn)化為比原始 MOFs 更穩(wěn)定、導(dǎo)電性更強(qiáng)的基于碳/金屬的多孔材料

圖 1.2 基于金屬-有機(jī)框架傳感器的制備流程圖[24]1.2 導(dǎo)電雜化納米材料1.2.1 導(dǎo)電雜化納米材料概論貴金屬、碳、導(dǎo)電有機(jī)納米材料和化學(xué)可改性聚合物是納米材料雜化物最常用的成分，如 Au NPs@石墨烯和殼聚糖改性的 Au NPs。通過(guò)逐層或原位生成方法將不同的納米材料結(jié)合在一起。納米雜化材料的特性是每種納米材料的結(jié)合，甚至優(yōu)于單獨(dú)的各種納米材料[25]。石墨烯、二硫化鉬等二維納米材料在物理、化學(xué)和力學(xué)方面擁有許多優(yōu)異的性能。但是，二維材料在某些特定環(huán)境下單獨(dú)使用時(shí)仍存在許多需要改善的不足與局限，，這些情況限制了二維納米材料的廣泛應(yīng)用。例如，層與層之間作用力容易發(fā)生二次堆疊；因其表面的惰性，石墨烯很難均勻分散在聚合物單體中。為此，設(shè)計(jì)一些基于二維納米片層的雜化結(jié)構(gòu)是拓寬二維材料應(yīng)用的重要策略。
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2600948