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基于贵金属纳米材料可视化传感器的构建及应用研究认领

作者：

何珊

学位授予单位：

赣南师范大学

摘要：

可视化检测方法是一类以光学响应信号为基础,颜色变化为分析依据的方法,通过肉眼分析溶液颜色深浅或种类变化,实现对目标物的可视化检测,它具有操作简单、结果可视化和不需要复杂或昂贵的仪器等优点。随着纳米科技的迅猛发展,贵金属纳米材料由于其优异的光学特性、高效的催化活性和表面易于修饰等优点,被广泛用于构建可视化传感器,极大提高了可视化传感器的稳定性和灵敏度。本论文基于贵金属纳米材料独特的物理和化学性质,构建了简单便携、灵敏度高的可视化传感器,并应用于食品安全检测、疾病诊断和环境监控等领域。1)免疫测定为实施各种快速、简单和灵敏的生化检测提供了理想的系统。在本文中,已经开发了“Signal-off”调谐“Signal-on”（SF-T-SN）比色免疫测定法,用于检测抗病毒药物金刚烷胺（AMD）。在这种策略中,传统竞争性“Signal-off”免疫测定法是以免疫识别信号随AMD浓度增强而减弱为基础。引入活性金属调节过氧化物纳米模拟酶的活性,将传统的“Signal-off”模式有效地转化为更令人满意的“Signal-on”报告机制,并克服了使用天然酶的弊端。重要的是,由于报告机制的切换和纳米酶的高催化活性,这种“从off到on”的方式使得基于纳米酶的比色响应信号与AMD浓度成正比,从而规避传统“Signal-off”免疫测定检测小分子时有限的信号放大和灵敏度低等固有缺陷。因此,通过肉眼或测量光学信号可以灵敏地检测AMD浓度。基于这一方法,当前的灵敏度（肉眼为0.195 ng/mL,光学检测为0.134 ng/mL）不仅比已报道的方法优越,而且比传统“Signal-off”免疫分析法通过肉眼观察和UV–vis测量的灵敏度至少提高了60倍和2倍。还可以检测出掺入AMD的鸡肉样品,其回收率和相对标准偏差（RSD）均在可接受范围内,这表明该方法可用于未来的生化分析和食品安全监测。2)末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）是急性白血病等疾病的常见生物标记物,检测TdT活性对于临床疾病的早期诊断和药物筛选至关重要。在本文中,基于刻蚀剂氧化态的3,3',5,5'–四甲基联苯胺(TMB2+)刻蚀金纳米棒（Au NRs）,开发了一种简单快速、免标记、高灵敏度且多色视觉检测TdT活性的比色传感器。经TdT扩增作用下延伸的富G DNA产物在Hemin和K+的帮助下形成了具有辣根过氧化物酶催化活性的G-四链体/Hemin模拟酶,从而催化H2O2氧化TMB在酸性条件下得到刻蚀剂TMB2+。基于此,随着TdT浓度的增加,Au NRs被逐渐刻蚀,导致Au NRs的纵向LSPR峰蓝移并伴随着一系列颜色变化。在最佳实验条件下,该比色传感器可用于定量监测动态范围为0.25–12 U的TdT活性,UV–vis测量和肉眼检测限分别为0.21 U和1.0 U。相比于检测TdT活性的传统比色方法,不同TdT活性与多种颜色一一对应是该比色传感器最吸引人的优点。同时该传感器灵敏度高,选择性好,无需使用复杂的设备即可轻松读取结果,适用于资源受限区域的实时现场检测。3)黄曲霉毒素B1是一类广泛存在于农产品、食物和粮油中,且对肝脏具有强烈毒性和致癌性的食品污染物。在本文中,我们将磁珠酶联免疫测定法（MagLISA）和银纳米壳包金纳米棒机制结合起来,提出了一种基于银壳金核纳米棒的磁珠多色免疫测定法（MBMCIA）用于高灵敏、高分辨检测超低浓度AFB1。为了设计这种免疫测定系统,首先使用磁珠（MBs）代替微孔板为固定相,通过EDC/NHS反应合成MBs-AFB1-BSA复合物;然后碱性磷酸酶（ALP）作为MagLISA和显色反应的桥梁,催化水解抗坏血酸磷酸酯钠（AA-P）生成抗坏血酸（AA）;生成的抗坏血酸将银离子还原为银单质并沉积在Au NRs表面,从而改变Au NRs的纵向LSPR峰和溶液颜色。在最佳条件下,所设计的MBMCIA在0.01–1.00 ng/mL的AFB1浓度范围内,溶液颜色发生从红色到紫红色、紫色、蓝色、绿色和浅绿色的生动颜色变化,检测限（LOD）低至5.7 pg/mL,可肉眼半定量检测低浓度目标物。同时,实际样本加标的回收率（99.1%–104.3%）和相对标准偏差（1.51%–7.05%）结果表明MBMCIA可适用于分析实际样本。MBMCIA集分离、富集、抗干扰和可视化读数为一体,为现场可视化食品安全检测和环境监控开辟了新途径。

摘要译文

关键词：

贵金属纳米材料; 可视化检测; 金刚烷胺(AMD); 末端脱氧核苷酸转移酶(TdT); 黄曲霉毒素B1(AFB1)

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

分析化学

导师：

李勋马小明

中图分类号：

TB383[特种结构材料⑨];TP212[发送器（变换器）、传感器⑨]

学科分类号：

080501[材料学];1406[纳米科学与工程];080402[测试计量技术及仪器];080403[科学仪器技术与工程];081101[控制理论与控制工程];081102[检测技术与自动化装置]

D O I：

10.27685/d.cnki.ggnsf.2020.000228