基于金属有机骨架纳米复合物构建比率电化学适体传感器及其生化分析研究

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低维纳米材料具有比表面积大,催化性能高,易于通过不同官能团进行表面改性等诸多优势。其中,大的表面积可将生物分子有效地固定在电极表面,从而提高了电化学传感器的灵敏度。同时,低维纳米材料能够提高电极表面的电子转移速率。因此,在电化学传感器中,低维纳米材料可用于放大电化学信号响应。金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOF)作为一种用途广泛的功能材料,具有比表面积大,孔隙率高,晶体结构有序,机械稳定性好等诸多优点,将MOF材料与其它纳米材料有效的组合在一起,可以弥补单个组件的缺点,使MOF复合材料在电化学传感领域具有更加广泛的应用前景。本文基于电化学适体传感器的制备及应用,研究了采用MOF和其它纳米材料制备新型纳米复合物的方法,构建了新型的比率电化学传感器,用于香草醛和miR3123的高选择性和高灵敏检测。一、基于科琴黑KB/二茂铁Fc的双掺杂类沸石MOF即Fc-KB/ZIF-8,DNA单链适体偶联的电沉积金纳米颗粒AuNPs,开发了一种简便的比率电化学适体传感器,用于高灵敏和选择性检测香草醛。通过一锅溶剂热反应制备了Fc-KB/ZIF-8复合材料,将其滴涂在玻璃碳电极GCE表面,形成Fc-KB/ZIF-8@GCE。AuNPs原位电沉积在修饰的GCE上。5’-SH终端的香草醛适体通过Au-S键偶联,与AuNPs结合形成Aptamer-AuNPs/Fc-KB/ZIF-8@GCE,将其作为新的电化学传感平台。在最佳实验条件下,在含香草醛的电解质溶液中,测量了该传感平台的电化学方波伏安法曲线。随着香草醛浓度Cvan的上升,香草醛的电流峰值强度Ivan变大,将其作为响应信号。在此过程中,掺杂到ZIF-8中的Fc其电流峰值强度IFc几乎无变化,可将其作为参考信号。拟合Ivan/IFc与Cvan对数之间的线性关系,Cvan线性范围为10 nM至0.2mM,检测限为3 nM。将Aptamer-AuNPs/Fc-KB/ZIF-8@GCE用作香草醛的比率电化学适体传感器,该传感器对香草醛的电化学信号响应是高灵敏和高选择性的,对其它潜在干扰物几乎没有响应。该传感器可在真实食品样品中进行香草醛的检测,显示出优异的检测性能,实验结果证实了该传感器具备香草醛检测的可靠性和实用性。二、以硝酸铜和四羧基苯基卟吩为前体,以硫堇TH作为掺杂组分,制备了TH掺杂的二维Cu-MOF。将块状黑磷晶体在液相中剥离制备得到黑磷纳米片BPNSs,将其负载到掺有TH的二维MOF即TH/Cu-MOF上,制得BPNSs/TH/Cu-MOF复合物。将此复合物滴涂在GCE表面,构建BPNSs/TH/Cu-MOF/GCE修饰电极。通过吸附标记了二茂铁Fc的单链DNA适体,形成Aptamer-BPNSs/TH/Cu-MOF/GCE传感平台。表征纳米杂化物的形成过程,并优化了实验条件。在最佳实验条件下,该传感平台可作为一种比率电化学传感器,准确捕获和检测靶microRNA即miR3123。随miR3123浓度CmiR3123增大,Fc的氧化还原峰值电流IFc降低,这源于Fc标记的单链DNA适体与miR3123特异性结合,导致Fc远离GCE表面,引起Fc的氧化还原电流信号降低。TH被掺杂到Cu-MOF结构中,其峰值电流的变化甚微。TH和Fc分别用作参比和响应信号,拟合IFc/ITH比率与CmiR3123对数之间的线性关系,CmiR3123的线性范围为2 pM至2μM,检测限为0.3 pM。基于该传感平台构建的电化学适体传感器具有高灵敏性、高选择性及高稳定性,可用于实际样品中miR3123的准确检测,具有优异的实用性。基于新型功能化MOF纳米复合物,利用了MOF与贵金属纳米粒子、黑磷纳米片的协同增强作用,构建了高选择性和高灵敏的新型比率电化学适体传感器。基于MOF与其它纳米材料制备了新型功能化纳米复合物,将其作为GCE表面的电极修饰材料,这不仅提供了丰富的活性位点,也增强了电化学信号的敏感响应。本论文制备的比率电化学适体传感器,在生物小分子及核酸的生化分析方面,具备较高的选择性及灵敏性,在含有目标物的实际样品检测中取得较高的回收率,展现出优异的检测能力。
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