基于铁磁性纳米探针修饰丝网印刷电极的电化学发光免疫传感器研究

• 作 者: 侯建国
• 出 处: 宁波大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 磁性纳米探针 电化学发光 丝网印刷电极 多壁碳纳米管 石墨烯

本论文基于铁磁性纳米探针及一系列发光效率高、稳定性强的复合纳米信号标签（RuL@SiO₂^-Au^RuL-Ab2、 RuL-MWNTs@Au^RuL-Ab2和PDDA-G@Lu-Au^HRP-Ab2），构建了高灵敏度、高选择性、高稳定性及表面可更新的甲胎蛋白（alpha-fetoprotein，AFP）电化学发光免疫传感器。该传感器是由磁性纳米探针、检测抗原及纳米信号抗体，三者在体外（离心管）中通过夹心免疫反应，得到相应的磁性夹心免疫发光复合物，并通过外加磁场将其固定到丝网印刷电极（SPCEs）表面，最后形成磁性可更新的夹心型电化学发光免疫传感器。该磁性可控免疫传感器制备简单，无需对电极进行复杂的修饰，且可重复利用，从而降低了电极使用成本，减少了免疫反应分离及富集的时间，并提高了检测灵敏度，有望用于人血清中痕量肿瘤标志物的快速检测。本论文主要从以下几个方面开展研究工作：1. Fe₃O₄（核）@Au（壳）（金磁微粒，GMPs）磁性纳米探针的合成及表征首先通过共沉淀法制备了Fe₃O₄纳米粒子（Fe₃O₄NPs），并通过种子聚合法直接在Fe₃O₄NPs表面还原氯金酸（HAuCl₄）合成了Fe₃O₄（核）@Au（壳）纳米粒子（GMPs）。然后用核壳结构的GMPs与甲胎蛋白捕获抗体（anti-AFP，Ab1）经静电吸附并形成了GMPs磁性纳米探针（GMPs-Ab1），最后将其分散于含1%牛血清蛋白（BSA）的pH7.4磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，并保存于4℃冰箱中备用。对合成的纳米复合物进行表征，结果表明，该方法制备得到的Fe₃O₄NPs和核壳结构的GMPs，其粒径及形貌都比较均一，制备过程简单、反应条件温和、省时。2.基于Ru（bpy）₃²⁺（RuL）掺杂的SiO₂^-纳米金信号标签及磁珠纳米探针修饰SPCEs所制备的电化学发光免疫传感器利用亲和素化磁珠捕获探针（SMPs/Biotin-Ab1）和双重纳米信号标签（RuL@SiO₂^-Au^RuL-Ab2），构建了一种超灵敏、可更新的甲胎蛋白（AFP）电化学发光免疫传感器。该双重纳米信号标签是在Ru（bpy）₃²⁺掺杂的SiO₂^-纳米金（RuL@SiO₂^-Au）的基础上负载了Ru（bpy）₃²⁺标记的AFP信号抗体（RuL-Ab2），从而形成RuL@SiO₂^-Au^RuL-Ab2双重信号纳米标签。该传感器是有亲和素化磁珠捕获探针（SMPs/Biotin-Ab1）、AFP和RuL@SiO₂^-Au^RuL-Ab2纳米信号标签，经特异性吸附反应，然后通过磁性分离得到SMPs/Biotin-Ab1/AFP/RuL@SiO₂^-Au^RuL-Ab2（SBAR）磁性夹心免疫复合物，最后通过外加磁场固定于SPCEs表面，并对其进行电化学发光表征。传感器得到的发光强度与AFP浓度在0.05–100ngmL^-1线性范围内成正比，其检测下限为0.02ngmL^-1（S/N=3）。此传感器集分离、富集和检测于一体、可重复利用、制作简单、省时、灵敏度高等优点,有望用于人血清中痕量AFP的快速检测。3.基于RuL修饰的碳纳米管-Au信号标签及GMPs磁性纳米探针修饰SPCEs的电化学发光传感器研制利用GMPs磁性纳米探针和RuL修饰的多壁碳纳米管-Au信号标签（RuL-MWNTs@Au^Ru-Ab2），构建了一种超灵敏、可更新的电化学发光免疫传感器。该传感器是有GMPs纳米探针（GMPs^Ab1）、AFP和RuL-MWNTs@Au^Ru-Ab2，三者经夹心免疫反应，然后通过磁性分离得到GMPs^Ab1/AFP/RuL-MWNTs@Au^Ru-Ab2磁性可控的夹心免疫复合物，最后通过外加磁场被固定到SPCEs表面，并对其进行电化学发光表征。其对AFP检测线性浓度范围为0.01–50ngmL^-1，检测下限为3pgmL^-1（S/N=3）。与上述RuL@SiO₂^-Au复合物相比，该传感器引入的碳纳米管可大大提高了信号标签的导电性及负载RuL信号分子的能力，从而能显著降低检测下限；采用GMPs固定捕获抗体形成的磁性探针，制备简单，无需复杂的亲和素化，且GMPs表面的纳米金可以很好的保持抗体的活性及提高探针的导电性。4.基于功能化石墨烯信号标签及GMPs磁性纳米探针修饰SPCEs的电化学发光传感器研制通过GMPs磁性纳米探针和功能化石墨烯信号标签（PDDA-G@Lu-Au^HRP-Ab2），构建了一种超灵敏、可更新的电化学发光免疫传感器。该信号标签（PDDA-G@Lu-Au^HRP-Ab2）是经正电性聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐（PDDA）功能化的石墨烯（PDDA-G）和负电性鲁米诺金（Lu-Au）结合，再通过纳米金富集辣根过氧化酶（HRP）和Ab2形成的。该传感器是有GMPs纳米探针（GMPs^Ab1）、AFP和PDDA-G@Lu-Au^HRP-Ab2，三者经夹心免疫反应，然后通过磁性分离得到GMPs^Ab1/AFP/PDDA-G@Lu-Au^HRP-Ab2磁性可控的夹心免疫复合物，最后通过外加磁场被固定到SPCEs表面，并对其进行电化学发光表征。其对AFP检测线性浓度范围为0.002–20ngmL^-1，检测下限为0.2pgmL^-1（S/N=3）。与上述两传感器相比，该传感器不但通过引入石墨烯提高信号标签的导电性及负载能力，还通过HRP和纳米金，催化鲁米诺和底物H2O2的电化学发光反应，从而实现多重信号扩增，大大的提高了检测灵敏度，显著降低了检测下限。