基于新型纳米材料的高灵敏生物医学传感器研究

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纳米材料因其独特的物理化学性质在很多领域得到了广泛的应用,其中具有代表性的石墨烯具有突出的物质特性,如活性表面积大、电子传导率高,机械强度优良等等,更加受到科学界的普遍关注。通常情况下,生物体细胞中维持着氧化还原平衡,在受到外界刺激的时候产生氧化应激,释放出大量过氧化氢,被认为是人体衰老和产生疾病的根源,与肿瘤、免疫系统疾病、神经疾病等其他相关疾病的生成有着重要的关系。肿瘤细胞表现出比正常细胞具有更高的氧化应激水平,通过检测细胞释放的过氧化氢含量可以评估细胞内的有过氧化氢引起的氧化应激水平。本研究致力于通过电化学的手段,对生物体细胞在受到外界抗坏血酸的刺激下产生的过氧化氢的含量进行测量,并对细胞氧化应激能力进行评估。本工作主要包括以下内容:通过物理吸附、电化学沉积的方法制备出由石墨烯、金四氧化三铁纳米粒子、铂纳米粒子组成的新型复合纳米材料(RGO/AuFe3O4/Pt NPs),并在此基础上构建出高灵敏的过氧化氢生物医学传感器。通过扫描电子显微成像,能谱分析和电化学阻抗谱等技术手段对RGO/AuFe3O4/Pt NPs纳米材料所修饰的玻碳电极(GCE)进行表征,将所制备过氧化氢传感器用于检测正常细胞和肿瘤细胞在氧化应激情况下的H202释放量,并对生物体细胞的氧化应激能力进行了评估。研究结果表明,RGO/AuFe3O4/Pt纳米材料所修饰的玻碳电极在H202电化学还原检测中表现出优良的催化性能、选择性、灵敏性,同时还表现出极化电压较低(0V)、检测限低(~0.1μM)、检测范围较宽(0.5μM-11.5μM)、重现性好、抗干扰能力强、生物相容性好等优点。正常肝组织细胞L02的过氧化氢释放量最小,而HeLa细胞(人类宫颈癌肿瘤细胞)、U87细胞(人类恶性胶质瘤细胞)、HepG2细胞(人类肝癌细胞)的释放量均远大于正常细胞,其中人类肝癌细胞HepG2的释放量最大,将近是正常肝组织细胞L02释放量的3倍。对检测细胞考察细胞受激后的活性,发现将近99%的细胞在抗坏血酸刺激后仍然保持良好的生物活性。
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