基于聚离子液体水凝胶的肿瘤标志物分子印迹光电化学传感器

来源 :中南民族大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:intaaaf
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离子液体通常由大的有机阳离子和小的无机阴离子构成,其具有热稳定性好、非挥发性和导电性强等优点,可通过调控离子液体的阴阳离子种类及化学结构使其具有特定功能和性质。当离子液体聚合后,聚离子液体不仅可以保持离子液体本身固有的性质,而且还能增加其化学稳定性和物理刚性。在分子印迹传感领域中,基于分子印迹水凝胶的传感器已引起广泛关注,其对目标分子具有良好的亲和力和较高的选择性。水凝胶是一种具有高吸水性和弹性的聚合物网络系统。它可以吸收大量的水,同时保持三维结构。水凝胶由于与生物组织相似,水分含量高,质地柔软,不仅可为蛋白质提供所需的微水环境,还有助于维持蛋白质分子的生物活性和构象结构,从而提高分子印迹效率,进而提升传感器的性能。分子印迹技术是一种相对简单、成本低廉,可对目标分子进行高选择性识别的分析方法,是目前研究的热点领域之一。光电化学传感器是在电化学分析方法的基础上近年建立起来的一种基于物质的光电转换特性进行检测的新型分析方法。它结合光学分析和电化学传感的优异特性,以光为激发信号,检测电化学信号,且检测信号(光电流)与激发信号(光)彻底分离,因而其背景信号较低,可达到与电致化学发光(ECL)相当的灵敏度。且光电化学传感器的仪器装置简单、廉价,更易于微型化。目前,分子印迹结合光电化学传感技术得到了越来越多的关注,但大多数应用都集中于小分子检测。由于在生物大分子印迹过程中仍然存在一些挑战,如:有机溶剂会使生物分子变性;引发聚合的条件苛刻导致生物分子失活和不可逆构象变化,进而导致选择性较差;模板分子难以从聚合物基质中完全去除等。因此,开发能在水相、低温条件下聚合以制备生物分子印迹聚合物的方法,有望提高印迹效率,实现对生物大分子的高灵敏度、高选择性、准确检测。目前,基于半导体纳米材料的分子印迹光电化学传感器已受到科研工作者的广泛关注,但大多数半导体纳米材料的光电转换效率较低,特别是存在生物大分子时,由于生物大分子的弱导电性和大尺寸效应,会阻碍电荷传递和传质过程,使光生电子-空穴对分离受阻,光电流响应信号变弱,从而使传感器性能提升幅度受限。因此,探索具有高效载流子分离效率的光电活性材料,对发展生物光电化学传感器具有重要意义。基于上述,开展了以下研究工作:1、以1-(3-溴丙基)-3-乙烯基咪唑溴盐离子液体为形貌调控剂,氯金酸为前驱体,制备出金纳米颗粒;以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为功能试剂和稳定剂,用水相法合成水溶性四元近红外ZnCdHgSe量子点。将二者复合,制备出金纳米颗粒/ZnCdHgSe量子点纳米复合材料,并以其为光电活性材料构建光电化学传感平台。以常用作卵巢癌早期诊断指标的肿瘤标志物人附睾蛋白4(HE4)为模板分子,以3-{[{4-[((氨甲酰基)氨基)甲基丙烯酸乙酯]丁基}((氨甲酰基)氨基)甲基丙烯酸乙酯]丙基}-1-乙烯基咪唑溴盐离子液体(CCPEimBr)为功能单体,在玻碳电极表面制备分子印迹聚离子液体水凝胶敏感膜,基于分子印迹效应和光电化学响应实现人附睾蛋白4(HE4)的高灵敏、高选择性测定。该传感器识别HE4前后的光电流变化值与HE4浓度在25 pg mL-1-4.0 ng mL-1范围内具有良好的线性关系,检测限低至15.4 pg mL-1(S/N=3)。将该传感器用于人血清样品中HE4检测,结果与化学发光分析法测定值一致。该传感器显示出优异的选择性,灵敏度,稳定性和准确性。该分子印迹光电化学传感器在疾病早期诊断领域具有潜在的应用价值。2、以1-苄基-3-溴丙基咪唑溴盐离子液体为形貌调控剂,氯金酸为前驱体,制备出空心金纳米球(HGNBs);以1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,超声辅助剥离MoSe2块状晶体制备出小尺寸单层或少层MoSe2纳米片。基于MoSe2暴露在晶体表面的硫原子对空心金纳米球的强烈吸附作用,将空心金纳米球负载到MoSe2纳米片表面,制备HGNBs/MoSe2纳米片复合材料,该复合材料作为光电活性材料能够产生强且稳定的光电流。以癌胚抗原(CEA)作为模板分子,3-{[{4-N,N-双[(氨甲酰基)甲基丙烯酸乙酯]丁基}((氨甲酰基)氨基)甲基丙烯酸乙酯]丙基}-1-乙烯基咪唑溴盐离子液体(BCCPEimBr)作为功能单体,在玻碳电极表面制备分子印迹聚离子液体水凝胶光电化学传感器,实现对肿瘤标志物的高灵敏、高选择性测定。该传感器识别CEA前后的光电流变化值与CEA浓度在50 pg mL-1-5.0 ng mL-1范围内具有良好的线性关系,检测限低至11.2 pg mL-1(S/N=3)。该传感器显示出较好的选择性,灵敏度和稳定性。该分子印迹光电化学传感平台可经替换模板分子后构建其它生物传感器,具有潜在的应用前景。
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