基于纳米材料构建电致化学发光生物传感器检测大豆凝集素和microRNA的研究

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电致化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)是通过电化学方法引发的化学发光现象。ECL分析技术兼具电化学和化学发光分析技术的优点,如灵敏度高、选择性好、线性范围宽、分析速度快、反应可控性好等。大豆凝集素(soybean agglutinin,SBA)作为凝集素家族的成员,是一种非纤维碳水化合物,同时是一种重要的抗营养物质,并对白血病,乳腺癌,胃癌和脑膜癌等具有抗癌活性。MicroRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的非编码单链RNA分子,涉及先天免疫应答的多个方面,可用于人类相关癌症的检测、诊断、预后和可能的治疗。因此,开发准确和灵敏的大豆凝集素和microRNA检测策略在生物分析领域具有重要意义。具体研究工作如下:(1)基于AuPt@C60纳米花增强N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺ECL发射的新型生物传感器用于灵敏检测大豆凝集素以金铂包裹C60的花状纳米复合物(AuPt@C60 NFs)作为新型共反应促进剂,以增强N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺(ABEI)的ECL性能。基于此开发了用于检测大豆凝集素(SBA)的夹心型ECL生物传感策略。在这个策略中,AuPt@C60NFs作为固载基质,通过Au-N和Pt-N键固载ECL发光体ABEI和SBA的识别元素半乳糖胺(Gal),从而得到Gal-ABEI-AuPt@C60 NFs纳米复合物。溶解氧作为共反应物,AuPt@C60 NFs作为共反应促进剂,以增强ABEI的ECL发射。首先,在电极上电沉积金纳米颗粒(Dp Au)以高负载Gal,再识别SBA,并进一步与Gal-ABEI-AuPt@C60 NFs结合形成夹心型模型。SBA生物传感器的线性范围为1.0ng·m L-1到5.0μg·mL-1,检测限为0.33 ng·mL-1。另外,该生物传感器显示出优异的选择性、可接受的稳定性和再现性。AuPt@C60 NFs和ABEI的结合提供了一个没有外源共反应物的新型ECL传感平台。(2)基于H2O2猝灭PFO聚合物纳米颗粒氢氧根依赖型ECL发射的传感器检测microRNA-155在+1.25 V时,观察到羧基功能化聚(9,9-二-正辛基芴基-2,7-二基)聚合物纳米颗粒(PFO NPs)在不引入任何其他物质或溶解O2作为共反应物的情况下,具有一强的氢氧根(OH)依赖型ECL发射。此外,过氧化氢(H2O2)能高效猝灭这一ECL发射。基于此,开发了一个“signal-off-on”型ECL生物传感器测定microRNA-155(miRNA-155)。首先,将PFO NPs修饰于玻碳电极表面制得PFO NPs/GCE,以捕获DNA track-locker双链体。在测试溶液中存在H2O2的情况下,PFO NPs的ECL信号被H2O2猝灭以获得“signal-off”状态。随后,通过目标miRNA-155触发的催化发夹自组装(CHA)产生DNA Walker,其沿着DNA track-locker不断行走,输出大量富含G碱基的短链。在血红素(hemin)存在下形成hemin/G-四链体,其消耗H2O2使得ECL信号被恢复为“signal-on”状态,从而实现miRNA-155的灵敏检测。检测限低至12.2 amol·L-1。此外,生物传感器表现出优异的选择性和良好的稳定性,并且用于测定细胞内miRNA-155时,表现出令人满意的性能。优异发光体PFO NPs与高效猝灭剂H2O2的集成将为生物分析和临床诊断提供有吸引力的ECL平台。(3)构建基于聚(9,9-二-正辛基芴基-2,7-二基)的新型电位调控型电致化学发光比率传感用于microRNA检测探索不同的信号转换机制以构建比率型ECL生物传感器受到越来越多的关注。一般的比率传感策略是基于两个不同的ECL发光体之间信号的变化而实现的。研究发现PFO聚合物纳米颗粒(PFO NPs)具有两个阳极ECL发射,即设置扫描电位范围为0~+1.25 V时,可在+1.25 V检测到一稳定的ECL发射(ECL-1),设置扫描电位范围为0~+2.0 V时,可在约+1.95 V检测到一稳定的ECL发射(ECL-2)。较低电位的ECL-1无需借助任何其他物质(包括溶解氧)作为共反应试剂即可得到强的ECL信号。过氧化氢(H2O2)对两ECL发射具有相反的作用,即猝灭ECL-1,增强ECL-2,这恰好可以为创建新型电位调控型ECL比率传感器提供便利。基于此,我们构建了一种基于单一发光体PFO NPs在两个不同电压扫描范围的ECL发射的比率型ECL生物传感器,用于灵敏检测microRNA。结合miRNA-155引发的链置换扩增(SDA)反应和二级目标物进一步引发的杂交链式反应(HCR),在电极表面引入大量的葡萄糖氧化酶(GOx)。利用酶促反应原位生成的H2O2增强信号探针PFO NPs的ECL-1并猝灭其ECL-2,从而实现miRNA-155的比率检测。检测限低至17 amol·L-1。这种基于酶促反应原位生成的H2O2对同一发光体两不同电位下的ECL发射的相反作用构建比率型传感的策略将为ECL比率检测提供新的思路,并拓展PFO NPs在生物分析中的应用。
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