基于CuFe-MOF及其复合物纳米酶的无标记电化学免疫分析

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无标记电化学免疫分析是将高灵敏的传感技术、高特异性的免疫反应和快速的电化学响应相融合的分析方法,广泛应用于临床诊断、食品科学和环境科学领域。金属有机框架(MOFs)是一类由有机配体和金属节点组成的材料,具有结构高度多样、比表面积大、孔径可调、化学性质可定制等特点。且已有研究发现,一些MOF材料在功能上表现出类似于天然酶的催化活性。因此,本论文合成了纺锤形双金属CuFe-MOF、玉米棒状 ZIF-8(Zn)@CuFe-MOF 和片状 ZIF-67 修饰的 CuFe-MOF(ZIF-67(Co)@CuFe-MOF)三种纳米酶材料,且经过探究发现三种材料都具有高的过氧化物酶活性。将这三种MOF材料作为模拟酶,用于制备新颖的无标记型电化学免疫传感器,从而实现低成本、高灵敏、快速准确的无标记型人免疫球蛋白G(HIgG)的检测。本论文提出了一种基于MOF及其复合物纳米酶的无标记型电化学免疫分析的新思路和新方法,集成了新型MOF纳米酶的高稳定性、低成本和制备简单,电化学测定的高灵敏性以及免疫分析的高特异性等优势。MOF材料用作电极修饰材料,大大提高了生物分子的固定量、生物活性和稳定性,进一步提高了生物传感器的分析性能。具体研究工作如下:(1)本研究提出了一种基于纺锤形双金属CuFe-MOF纳米酶的无标记电化学免疫分析新方法,以实现HIgG的高灵敏检测。通过一锅水热法成功制备了 CuFe-MOF材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见光吸收光谱(UV-vis)对所制备材料的形貌、组成以及类酶活性进行了表征,该材料呈纺锤形结构,且具有良好的类过氧化物酶活性。以CuFe-MOF为电极修饰材料,制备了一种无标记电化学免疫传感器。在CuFe-MOF纳米酶存在下,大大增强H2O2对反应底物邻苯二胺(o-PD)的氧化反应,产生强的电化学信号。当免疫传感器特异性识别目标抗原分子后会形成免疫复合物,从而阻碍该催化氧化反应,导致电化学信号强度降低。以HIgG为分析模型,该无标记电化学免疫传感器在0.001-50 ng/mL的范围内具有良好的线性关系,检测限低至0.00045 ng/mL(S/N=3)。基于CuFe-MOF的无标记电化学免疫传感器实现了对HIgG的高灵敏的定量检测,并成功应用于实际样品分析,具有重要的临床应用价值。(2)本研究提出一种基于玉米棒状ZIF-8(Zn)@CuFe-MOF纳米酶的无标记型电化学免疫分析新方法。利用SEM、TEM、XRD、UV-vis对ZIF-8(Zn)@CuFe-MOF的结构和类过氧化物酶活性进行表征,该材料呈玉米棒状,且具有比原始CuFe-MOF更优异的过氧化物酶活性。本工作提出的无标记电化学免疫分析测定可以通过简单步骤实现,借助链霉亲和素捕获生物素化抗体,温育相对应的不同浓度的抗原后,抗体抗原特异性结合形成的免疫复合物会阻碍ZIF-8(Zn)@CuFe-MOF纳米酶和催化底物的接触,使得电化学信号强度降低,进而得出标准曲线。以HIgG为分析模型,基于ZIF-8(Zn)@CuFe-MOF纳米酶的无标记电化学免疫传感器在0.001-80 ng/mL的HIgG浓度范围内显示出良好的线性,检测限低至0.00032 ng/mL(S/N=3),实现了对HIgG的高灵敏检测。(3)本研究以双金属CuFe-MOF材料为模板,首次制得了一种片状ZIF-67(Co)修饰的纺锤形 CuFe-MOF 纳米酶(ZIF-67(Co)@CuFe-MOF)。利用 SEM、TEM、XRD、UV-vis对ZIF-67(Co)@CuFe-MOF的结构和类过氧化物酶活性进行表征,并将其应用于免疫分析测定中,提出了一种基于ZIF-67(Co)@CuFe-MOF的无标记电化学免疫分析新策略,实现了对HIgG的超灵敏检测。将ZIF-67(Co)@CuFe-MOF纳米酶滴加在玻碳电极表面,借助链霉亲和素-生物素作用固定生物素化抗体,利用抗原与抗体特异性反应形成的免疫复合物对ZIF-67(Co)@CuFe-MOF纳米酶催化氧化邻苯二胺过程的阻碍,进而导致电化学信号值的下降。该免疫传感器对HIgG检测的线性范围为0.0005-100 ng/mL,检测限低至0.00013 ng/mL(S/N=3),且可成功应用于实际样品的检测。
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