量子点聚集体电化学发光及其生物传感应用

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电化学发光(ECL)技术是分析化学中一种重要的检测方法,其过程可以简单的定义为电化学引发的反应中激发态分子通过弛豫产生光的发射。近年来,ECL发光体的研究主要集中在金属配合物、鲁米诺和纳米材料,其中,Si量子点(QDs)的ECL现象被报导以来,QDs的ECL基础研究和应用研究迅速发展,主要是因为QDs有显著的光学特性,比如发射光谱窄、吸收范围广、斯托克斯位移大、量子产率高等。基于QDs的ECL传感器是一种新型的分析平台,在材料科学、纳米技术、光学和电化学等领域中均有涉及,具有超灵敏和实时分析的潜力,特别在分析和生物分析应用中显示出巨大的应用前景。但是,基于QDs的ECL传感器还存在一些问题需要解决,比如QDs在电极表面的ECL效率有待提高、由重金属构成的QDs具有细胞毒性等。因此,本文主要制备了自增强ECL的新型QDs,通过分子内电子转移提高ECL效率;另外,基于QDs的标记作用搭建了一种新型的生物传感器用于microRNAs(miRNAs)的检测;进一步的,为了提高QDs在传感器中的利用效率并降低其细胞毒性,制备了一种“种子西瓜式”纳米材料(mSiO2@CdTe@SiO2,mSQS NSs),结合双链特异性核酸酶(DSN)的特性搭建了一种双重信号放大的生物传感器,该传感器表现出良好的灵敏度、稳定性和特异性,具体研究内容概括如下:1、基于配体交换法制备新型量子点的自增强电化学发光首先制备三巯基丙酸(MPA)保护的CdTe QDs,之后在表面包裹一层CdSe QDs,得到CdTe@CdSe QDs。随后用2-二乙氨基乙硫醇(DEAET)交换核壳结构表面的保护剂MPA,获得新型DEAET-CdTe@CdSe QDs。我们探究了配体交换前后QDs的光学性质和ECL行为的变化。表面配体交换后的QDs粒径减小、荧光发射峰蓝移。在电解液中不存在共反应试剂时,也可发出较强的ECL信号,相对于在溶液中加入共反应试剂,分子内电子转移路径短、效率高。2、基于CdTe量子点做为标记物、循环酶用于信号放大的电化学发光生物传感器的制备在本研究中,设计了一种ECL生物传感器用于检测miRNA-182。具体的操作步骤为:首先,MPA-CdTe QDs标记信号探针DNA-F,发夹结构DNA探针(DNA-P)与Fe3O4@Au NPs缀合;向传感器中引入miRNAs的同时加入DSN酶,miRNAs与发夹结构成DNA/RNA异源双链体;DSN酶特异性的识别异源双链体,水解DNA片段并释放RNA;此时,带有信号标记物的DNA-F与DNA-P的剩余片段产生互补配对作用;而被释放到溶液中的RNA继续与发夹结构DNA构成异源双链体,如此反复,将有更多的CdTe/DNA-F结合到Fe3O4@Au/DNA-P的周围,完成了生物传感器的构建。3、基于循环酶及CdTe量子点聚集体为发光源构建双重信号放大电化学发光生物传感器并用于miRNAs检测本课题中,构建了基于“种子西瓜式”纳米材料(mSQS NSs)和DSN酶的双重信号放大的ECL生物传感器。首先,制备mSQS NSs的过程如下:介孔二氧化硅(mSiO2 NS)通过刻蚀SiO2 NSs获得;大量的QDs镶嵌入mSiO2 NSs的介孔中,得到mSiO2@CdTe NSs(mSQ NSs);在mSQ NSs表面涂上无毒硅壳得到mSQS NSs。传感器构建与之前类似:氨基化的mSQS NSs和DNA-F通过戊二醛进行交联作为传感器的信号单元;Fe3O4@Au NPs作为纳米载体固定发夹探针DNA-P;DSN酶仍用于异源双链体的识别。通过磁铁的作用将制备的生物传感器收集在电极表面。在最佳条件下,制备的ECL生物传感器可以灵敏的检测miRNAs。
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