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纳米材料由于具有高比表面积和良好的生物兼容性,被广泛用于生物医学领域和分子器件构建。将纳米材料用于生物传感,可以提高生物分子检测的灵敏度和选择性。本文分别利用CdTe量子点及ZnO纳米棒,构建了蛋白质大分子和酚类小分子的两类新型传感器,实现了对甲胎蛋白(AFP)、潜伏膜蛋白(LMP-1)抗原以及苯酚的超灵敏检测,具体研究内容如下:
(1)将由量子点包裹SiO2小球用于生物分子检测的信号放大实现了甲胎蛋白(AFP)和潜伏膜蛋白(LMP-1)抗原的超灵敏检测。SiO2小球利用改进的“种子生长法”合成,得到的小球具有良好的单分散性且粒径均一。可将AFP和LMP-1两种抗体通过EDC的偶联作用连接到SiO2小球表面的量子点上,制得具有生物活性的AFP或LMP-1纳米免疫标记物。SEM测试结果表明,通过夹心免疫反应量子点包裹的SiO2小球可结合到基底表面,从而实现两种抗原灵敏检测。AFP和LMP-1的检测线性范围为0.005~60ng/mL和0.001~10ng/mL,线性相关系数为0.996和0.9897。由于载体SiO2小球表面存在大量量子点,从而增加了单次免疫的量子点的负载量,进而放大了由量子点产生的电化学信号,起到了提高检测灵敏度的作用。
(2)研究了酪氨酸酶在ZnO纳米棒表面的吸附作用及其电催化行为。酪氨酸酶是低等电点酶,在中性溶液中,可由静电作用吸附在表面带正电的ZnO纳米棒表面。扫描电镜照片和光谱分析证明了这种吸附行为,且吸附在ZnO纳米棒表面的酪氨酸酶仍保持了较高的生物活性。酪氨酸酶存在时,可形成表面粗糙的,泡囊状的纳米结构薄膜,这种三维膜结构使得K3[Fe(CN]6]/K4[F(CN]6]的透过与电极表面的电子交换更简单,因此加快了电子传递速率。酪氨酸酶可以催化酚和邻苯二酚的氧化,对苯酚检测的线性范围为0.02~0.1μM,灵敏度为0.83107μA/mM,检测限为15.57μM。表观米氏常数(Kmapp)为0.23866mM。对邻苯二酚的检测线性范围为0.01~0.4μM,灵敏度为2.141μA/mM,检测限为4μM,米氏常数为1.75mM。该方法为研究蛋白质在纳米材料的固定及其电化学性质提供了一种全新的思路。