类过氧化物酶活性的石墨烯纳米复合物的制备及其比色生物传感应用研究

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本论文主要以制备的两种具有类过氧化物酶活性的石墨烯基纳米复合物(Fe3O4纳米球/还原氧化石墨烯纳米复合物(Fe3O4 NSs/rGONCs)和多壁碳纳米管还原氧化石墨烯纳米带(MWCNT@rGONR))为敏感材料,采用比色技术,分别建立了检测乙酰胆碱(ACh)和胆固醇的比色生物传感新方法;此外,基于DNA功能化纳米金(GNPs)和富含碱基G的DNA(G-rich DNA)的双重信号放大作用,建立了赭曲霉毒素A(OTA)的超灵敏电化学检测新方法。具体研究内容如下:  1、采用一步溶剂热法,制备了Fe3O4 NSs均匀分散于石墨烯片表面的Fe3O4 NSs/rGO NCs。以四甲基联苯胺(TMB)为显色探针,对比研究Fe3O4 NSs/rGO NCs、Fe3O4微球/rGO NCs(Fe3O4 MSs/rGONCs)和Fe3O4多面体纳米晶/rGO NCs(Fe3O4 NPHs/rGO NCs)的类过氧化物酶催化活性发现,其强弱顺序为:Fe3O4 NSs/rGO NCs>Fe3O4 MSs/rGO NCs>Fe3O4 NPHs/rGO NCs;利用Fe3O4 NSs/rGO NCs良好的催化H2O2氧化TMB探针显色特性,进一步与双酶(乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶)耦合,构建了ACh比色生物传感平台。在优化条件下,TMB氧化型吸光度与ACh浓度的对数之间,在100nM~10 mM范围内呈良好的线性关系,其检出限为39nM(S/N=3);同时该比色传感方法具有较高的选择性,可用于牛奶样品分析。  2、以MWCNT((O)<10 nm)为起始原料,利用KMnO4部分氧化剪切MWCNT和水合肼后续还原法,制备了MWCNT@rGONR功能纳米复合物。类过氧化物酶活性研究发现,所制备的MWCNT@rGONR可以催化H2O2氧化TMB发生显色反应,其对TMB和H2O2的米氏常数分别为0.123 mM和1.678 mM,表现出较高亲和力。机理研究证实,其类过氧化物酶活性源于催化TMB氧化和H2O2还原的能力,不同于通常的·OH自由基机理。进一步与胆碱氧化酶耦合,以TMB为显色探针,构建了胆固醇比色生物传感平台。在优化条件下,TMB氧化型吸光度与胆固醇浓度在0.02~1mM范围内,呈现良好的线性关系,其检出限为10μM(S/N=3);同时所提出的比色传感方法具有较高的选择性。  3、利用共价键合和DNA杂交技术,依次将设计和制备的捕获探针DNA、适配体、DNA功能化的GNPs和G-rich DNA组装在金电极表面,构建了OTA超灵敏检测的电化学传感平台。以亚甲基蓝(MB)为氧化还原探针,研究结果表明,DNA功能化GNPs和G-richDNA具有双重信号放大作用,其中GNPs良好的传递电子能力,实现了第一重信号放大;G-rich DNA大量的MB结合位点,实现了第二重信号放大,双重信号放大结果使MB的还原峰电流增加了7.5倍。在优化条件下,MB的还原峰电流与OTA浓度在2.5 pM~2.5 nM的浓度范围内,呈良好的线性关系,其检出限为0.75 pM(S/N=3)。
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