基于碳纳米材料和信号放大技术的超灵敏ECL传感器的研究

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电化学发光(ECL)方法同时具备电化学的高可控性与化学发光高灵敏度,特别适用于组分复杂和超低浓度的物质分析。近年来,ECL传感器由于具有简单、快速、灵敏度高、可控性强等优点,在食品安全监测及疾病的早期诊断中发挥着重要的作用。然而,目前在构建高灵敏ECL传感器时仍然面临以下几点挑战:(1)ECL发光材料的制备大多依赖昂贵的原材料,亟需发展绿色经济环保的发光材料;(2)已构建的ECL传感器的检测灵敏度相对较低,难以用于痕量物质的检测;(3)单步ECL传感器用于多种目标物检测时,所使用的发光体容易发生交叉反应,从而影响传感器的检测性能。针对上述问题,本文制备了绿色经济环保的高效ECL发光材料,简化传感器的制备步骤,实现对目标物的一步快速检测;另外,我们结合了核酸信号放大策略构建了一种新型的单步ECL传感器用于多种目标物的检测,有效地避免了多重发光体发生之间的可能发生的交叉反应,提高了传感器的检测性能。具体内容如下:1.基于ssDNA/g-C3N4 NS纳米复合材料的无酶ECL传感器对食品中H2O2快速、超灵敏检测单链DNA(ssDNA)/石墨相氮化碳纳米片(g-C3N4 NS)复合材料具有很强的催化活性,然而,ssDNA/g-C3N4 NS在ECL中的应用却鲜有报道。为此,我们建立了一种基于ssDNA/g-C3N4 NS纳米复合材料的新型非酶促ECL传感器,用于检测食品中的过氧化氢(H2O2)。实验中通过简单地将g-C3N4 NS和ssDNA溶液混合来制备ssDNA/g-C3N4 NS纳米复合材料,该复合材料具有改进的类过氧化物酶活性,从而显著提高鲁米诺(luminol)-H2O2的ECL信号。在最佳条件下,所设计的传感器表现出高灵敏度,对H2O2的检测限(LOD)低至33 a M,远低于大多数已报道的方法。此外,该ECL传感器能够在1分钟(min)内一步快速检出测鲜牛奶中的H2O2,有很大的市场应用前景。2.基于DNAzyme纳米机器的ECL传感器用于两种miRNAs的超灵敏检测基于DNA酶(DNAzyme)的DNA纳米机器(DNA walker)因其优良的核酸信号放大、低成本、易设计、操作简单等优点也已经被广泛开发用于肿瘤标志物检测。然而,一般ECL传感器用于多种目标物检测时,要使用多种发光体,多种发光体之间容易发生交叉反应,给传感器的设计和使用都带来了困难。在此,本章提出了一种基于DNA纳米机器的“off-on-off”型ECL传感器,通过Mn2+控制步行器的启动与否,使用单一的ECL发光体可以实现两种目标物的检测(miRNAs)。该传感器结合基于DNAzyme核酸信号放大策略和ECL分析技术自身的优势,使得目标物miRNA-21、miRNA-155的检测限(LOD)分别为33 f M、33 a M。最重要的是,本文构建的“off-on-off”型ECL传感器在用于两种目标物的检测时,有效地避免了多重发光体发生之间的可能发生的交叉反应,提高了传感器的检测性能,并为多重目标物检测的发展提供了新的思路和方向。
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