电致化学发光技术用于β-淀粉样蛋白体系检测的研究

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阿尔茨海默症是一种慢性神经退行性疾病,其特征为记忆力衰退、语言和方向能力降低、情绪变动、行动能力丧失和思维与行为障碍等。近几年的研究表明,β-淀粉样蛋白可以作为阿尔茨海默症的标记物,并且β-淀粉样蛋白(Aβ)与Cu或Fe等金属离子的结合会产生具有氧化性的活性氧(ROS),产生氧化损伤,给患者带来很大困扰。随着传感器研究的发展,目前已有多种传感器应用于β-淀粉样蛋白的检测。本文以电致化学发光技术为测试方法,选用不同发光底物,利用适体与蛋白的特异性,运用不同的传感策略,建立了三种不同传感器,以实现对β-淀粉样蛋白单体的检测。主要内容如下:1)一种免标记和信号“开”的传感策略用于β-淀粉样蛋白的灵敏检测。建立了一种简单,免标记且具有信号增强作用的ECL适体传感器,使用鲁米诺作为ECL信号的发光体,通过适体与靶标物的特异性结合,利用Cu2+-Aβ与水中溶解氧之间的催化作用,原位生成ROS作为共反应剂,来特异性检测Aβ肽。具体来讲,利用Au-S键将β-淀粉样蛋白的适体固定在金电极表面。当Aβ与Cu2+结合形成复合物后,可以通过适体与靶标的特异性结合捕获到电极表面。当Aβ-Cu2+捕获到电极表面后,可以在抗坏血酸(AA)存在的情况下与O2反应产生ROS,进而增强鲁米诺的ECL发光信号,实现对Aβ单体的特异性检测。此方法测定Aβ的线性范围为1.0×10-13 mol/L到1.0×10-8 mol/L,检测限为3.5×10-14 mol/L。此传感器具有灵敏度高、特异性好和稳定性强等特点。2)基于g-C3N4-Heme和淀粉样蛋白结合的自组装增强电化学发光用于β-淀粉样蛋白的灵敏检测。采用水热合成法制备了碳化氮薄片-血红素(g-C3N4-Heme)复合材料,将其作为ECL发光材料,通过适体与靶标的特异性结合以及Aβ与Heme的结合作用,将Aβ和复合材料捕获到电极上,利用Heme-Aβ与溶解氧之间的反应,促进第二种共反应剂H2O2的现场生成,最终实现Aβ的特异性检测。具体来讲,利用Au-S键将β-淀粉样蛋白的适体固定在金电极表面,通过适体与靶标的特异性结合捕获到电极表面,当Aβ捕获到电极表面时,可以通过Aβ与Heme的结合将g-C3N4-Heme结合到电极表面。当传感器成功构建后,Heme-Aβ与溶解氧反应生成H2O2,与体系中原有的共反应剂K2S2O8协同增强g-C3N4的电化学发光,实现了对Aβ单体的检测。在1.0×10-14 mol/L到1.0×10-7 mol/L范围内,ECL强度与Aβ浓度具有良好线性关系,检出限低至3.2×10-15 mol/L。该传感器具有较高的灵敏度和较好的特异性。3)多机制驱动的电致化学发光用于β-淀粉样蛋白的高灵敏检测。构建了一种竞争驱动的电致化学发光传感器,使用C3N4作为ECL发光底物,通过适体与靶标的特异性结合,利用Aβ-Heme-Cu2+会产生H2O2的特性和空间位阻效应,实现对Aβ单体的特异性检测。具体而言,在电极表面层层组装C3N4和Au纳米颗粒,利用Au-S键将β-淀粉样蛋白的适体固定在电极表面,通过适体与靶标的特异性将Aβ-Heme-Cu2+组装到电极上。当少量Aβ存在时,由于Aβ-Heme-Cu2+会产生少量的H2O2促进C3N4的ECL信号;在过量Aβ存在时,Aβ-Heme-Cu2+的存在会给电极增加额外的空间位阻,导致ECL信号的降低。构建的传感器在Aβ浓度为1.0×10-13 mol/L到1.0×10-11 mol/L之间具有良好的线性关系,检测限为4.8×10-14 mol/L。此传感器具有良好的灵敏度和选择性。
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