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高灵敏纳米氧化锌电极的制备及其对甲胎蛋白的光电化学检测

高灵敏纳米氧化锌电极的制备及其对甲胎蛋白的光电化学检测

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作者：许茹吉林大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,健康问题越来越受到人们的关注。癌症作为人类主要致死的疾病,严重威胁着人们的身体健康。据统计,每年中国新增大约170万的癌症患者,但80%以上的早期癌症是可以治愈的。因此,早发现和早诊断对癌症的治愈有决定性意义。... 详细信息

随着社会的发展,健康问题越来越受到人们的关注。癌症作为人类主要致死的疾病,严重威胁着人们的身体健康。据统计,每年中国新增大约170万的癌症患者,但80%以上的早期癌症是可以治愈的。因此,早发现和早诊断对癌症的治愈有决定性意义。临床上诊断肿瘤的方法可分为物理学、组织细胞学及生物化学三大类。其中物理学和组织细胞学诊断方法往往只能检测出中晚期肿瘤,难以达到早期发现的目的。生物化学方法是对肿瘤产生的特定基因或蛋白等分子标志的检测,但目前临床上使用的生物化学检验方法往往因为灵敏度不高而达不到检测目的。因此,寻找一种快速、灵敏的癌症标志物的检测方法在临床研究中尤其重要。在众多检测方法中,光电化学检测方法同时具备荧光检测和电化学检测的优势,成为一种灵敏的、非常有发展潜力的传感方法。光电化学生物传感器实现了激发信号和检测信号的分离,使其同时具备检测方法简单和检测灵敏度高的特点。Zn O纳米材料具有无毒、生物相容性和化学稳定性好等特点,被视为生物传感中固定生物分子的电极的首选材料。本文着力于将光电化学检测方法和纳米Zn O材料相结合,采用量子点与酶的信号放大相配合,提高光电流,实现高灵敏的光电化学甲胎蛋白免疫传感。我们首先设计了两种多孔结构Zn O纳米材料作为传感器的电极,在增强光电响应方面对传感器进行改善,从而得到检测成本低、方法简单、灵敏度高、线性范围宽、稳定性和可重复性好的光电化学免疫传感器,并对两种结构的电极材料的传感灵敏度进行比较。主要工作如下:(1)首先通过胶体自组装和溶胶-凝胶法在FTO导电玻璃表面成功制备了反蛋白石结构的Zn O纳米材料电极。其次利用水热合成的方法制备了硫化镉量子点,并将甲胎蛋白和葡萄糖氧化酶连接在硫化镉量子点上形成AFP-Cd S-GOD复合物。利用甲胎蛋白抗体和AFP-Cd S-GOD复合物的特异性免疫竞争原理,成功地应用于癌症标志物甲胎蛋白的检测。免疫结合将窄禁带的硫化镉量子点连接到电极表面,硫化镉与Zn O的导带之间有效能级匹配拓宽了光谱的吸收范围,有利于电子的传输和减少电子和空穴的复合,有效提高了光催化效率,增大了光电流。同时应用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生出过氧化氢,利用过氧化氢分解后产生的电子填补到硫化镉量子点价带中的空穴,从而降低电子与空穴的复合来增加灵敏度。实验结果表明,该免疫传感器对于甲胎蛋白的检测具有比较宽的线性范围:0.1ng/ml-500ng/ml,检测限为0.01ng/ml。该光电化学检测方法大大提高了传感器的性能,并显示出极好的抗干扰性和良好的稳定性。(2)首先通过静电纺丝和热压技术相结合的方式在FTO表面制备三维多孔结构的Zn O纳米材料电极,使用和前一个工作相同的原理进行癌症标志物甲胎蛋白的检测。研究了一维纳米纤维制备三维多孔结构电极的形貌和厚度对于光电流的影响。并利用光电化学的检测方法实现了对癌症标志物甲胎蛋白检测。实验结果表明,在10ng/ml-500ng/ml的检测范围内,对甲胎蛋白的检测显示出良好的线性,检测限为4.6ng/ml。(3)研究了采用两种不同方法制备的不同微观结构的Zn O纳米电极,并对反蛋白石结构的Zn O纳米电极和纤维多孔结构电极的光电响应和应用于甲胎蛋白的检测灵敏度比较。初步得出结论:反蛋白石结构的Zn O电极比一维纳米纤维多孔结构的Zn O电极对甲胎蛋白的检测范围宽,而且检测限低,光电流响应大。

关键词：光电化学免疫传感氧化锌硫化镉一维纳米纤维电极反蛋白石结构电极信号放大甲胎蛋白

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