基于石墨烯量子点的电化学传感器构建及其分析应用

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碳纳米材料作为现代社会的新型材料备受各界关注。石墨烯量子点(GQD)是一种零维的碳纳米材料。GQD具有许多优异的性质,如大比表面积,独特的电、光特性,低毒性,良好的生物相容性和低成本等。GQD在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要的潜在应用。GQD可以作为一种性能优良的材料应用于电化学传感器中。在过去几十年中,抗生素的滥用已变得越来越严重。动物中残留的抗生素会因人类消费动物类食物而对人体产生过敏性反应等不良影响。左氧氟沙星(LV)是第三代氟喹诺酮类抗生素。因其广谱的抗菌活性而被广泛使用。LV在生物医学中用于治疗呼吸系统,皮肤和软组织的感染。因为LV对由革兰氏阴性,革兰氏阳性,细胞内以及厌氧细菌引起的感染具有抗菌活性,所以它已广泛用于人类疾病治疗和兽医学中。因此,检测LV残留物具有重要科学意义。蛋白质是生命的物质基础,是有机大分子,是构成细胞的基本有机单元,是生命活动的主要承担者。癌胚抗原(CEA)是由结肠直肠癌组织形成的一种糖蛋白,CEA的表达水平可以反映多种肿瘤的存在。它也可以判断大肠癌,乳腺癌和肺癌等癌症的治疗效果,是疾病发展,监测和预后评估的常见肿瘤标志物之一。因此,开发针对血清中CEA的方便、快速和灵敏的分析方法对于癌症的早期诊断和治疗具有非常重要的意义。本文利用石墨烯量子点复合物膜修饰电极增强电化学信号,构建了检测左氧氟沙星和癌胚抗原的电化学传感器。论文的主要内容包括以下几个方面:(1)基于聚(邻氨基苯酚)(PoAP)和通过一步电聚合构建的PoAP/GQD复合物膜修饰的玻碳电极,开发了用于抗生素药物LV的电化学检测方法。PoAP/GQD复合膜提供了大的表面积和感测界面,增大了LV的氧化电流响应。在最佳条件下,修饰电极的氧化电流响应值与做氧氟沙星的浓度在0.05至100μM范围内具有良好的线性关系,检测限为10 nM(基于信噪比为3)。该方法成功用于测定牛奶样品中掺加的左氧氟沙星含量,其回收率在96.0和101.0%之间,说明该方法具有一定的实际应用价值。(2)制备了一种基于铅离子(Pb2+)依赖的脱氧核糖酶(DNAzyme)循环放大和石墨烯量子点-离子液体-全氟磺酸(GQD-IL-NF)复合膜的电化学核酸适体传感器并用于检测癌胚抗原。我们设计了含有CEA特异性识别的适体序列和DNAzyme链的发夹型DNA。在CEA的存在下,发夹型DNA识别目标CEA并引起构象改变,进而进行DNA酶辅助的目标物循环信号扩增反应,产生大量单链DNA。将GQD-IL-NF复合膜固定在玻碳电极上并通过非共价π-π堆叠作用与单链DNA相互作用,亚甲基蓝标记的单链DNA捕获在电极上并显示出初始的电化学信号。引入辅助DNA并使其与电极上捕获的单链DNA杂交,完全匹配的双链DNA从电极上脱落导致亚甲基蓝信号减少,电化学信号的改变与CEA的浓度相关。该传感器实现了目标CEA的高灵敏检测,在最佳条件下,响应电流变化与CEA浓度成比例,表现出从0.5 fg mL-1到0.5 ng mL-1的宽线性范围,检测限为0.34 fg mL-1。此外,制备的核酸适体电化学传感器成功应用于血清样品中的CEA测定,显示其在临床诊断中的优越前景。
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