电化学可控制备花状金纳米结构及其在生物传感器中的应用研究

摘要

生物传感是具有多学科交叉内容的研究领域，电化学生物传感器作为其中的重要分支，具有易于操作、成本低、灵敏性高、可以实时监测等优势。金纳米材料具有高的电导率和热导率、良好的生物相容性和独特的光学性质，已广泛应用于催化、成像、纳米光电子学、生物传感、生物医学领域。将金纳米材料引入到电化学生物传感器的构建中，可以有效提高电化学传感器的检测性能。本论文采用电化学沉积法，通过控制反应条件，制备了形貌可控的分层三维金纳米结构。我们将所制得的三维金纳米结构作为电化学检测平台，构建了电化学DNA及miRNA生物传感器。通过系统研究不同形貌的金纳米结构与电化学传感器性能的关系，我们筛选出性能最优、结构可控性好的金纳米结构用于后续DNA及肿瘤标志物microRNA的高灵敏、特异性检测，并推广到细胞内microRNA和实际体系microRNA的检测。本论文的具体内容包括如下：
　　1.制备了不同形貌的金纳米结构。采用简单、可控的电化学沉积法，通过改变ITO表面状态、沉积电位、沉积时间、前驱体溶液浓度和电解质组成等实验条件，可控制备了三维分层的花状金纳米结构。并通过SEM、UV-vis和SERS等仪器对所制得的金纳米结构进行结构和性能表征。并在此基础上，我们对三维分层金纳米结构的形成机理做了初步的探索。
　　2.构建了无标记的电化学DNA生物传感器。选取上述方法制备的4种具有代表性形貌的金纳米结构，构建了4种基于金纳米结构的电化学DNA传感器。通过对4种传感器的有效电极面积、检测线性范围和检出限的研究，实验结果表明具有大的比表面积的电化学DNA传感器具有较低的检出限。综合考虑其他影响因素，我们选择了检测现象范围宽，检出限较低的光滑三维分层金纳米结构作为后续的电化学检测平台。
　　3.构建了电化学miRNA-21生物传感器。在上述研究基础上，我们构建了基于金纳米结构的电化学生物传感器，实现了对肺癌标志物microRNA-21高灵敏、特异性的检测。不仅如此，该传感器还可用于人体肺癌细胞系(A549)中miRNA-21的检测，最低可检测出100个A549细胞中表达的miRNA。更重要的是，该电化学生物传感器能够在100％血清环境中实现miRNA的检测。实验结果表明基于三维分层金纳米花状电化学生物传感器在疾病诊断和生物分析中具有潜在的应用前景。

目录

声明

摘要

绪论

1．1 金纳米材料的性质与制备方法

1．1．1 纳米材料

1．1．2 金纳米材料

1．1．3 金纳米材料的性质

1．1．4 金纳米材料的制备方法

1．2 基于纳米材料的电化学生物传感器

1．2．1 电化学生物传感器的简介

1．2．2 电化学传感器的分类

1．3 本课题提出的意义

第二章 电化学可控合成花状金纳米结构

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验过程

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 计时电流法的生长机理

2．3．2 聚合物负载对于金纳米花状结构成型的影响

2．3．3 沉积电位对于花状金纳米结构的影响

2．3．4 前驱体浓度对于花状金纳米结构的影响

2．3．5 前驱体溶液组成对花状金纳米结构的影响

2．3．6 沉积时间对于花状金纳米结构的影响

2．4 金纳米花状结构的表征

2．4．1 紫外-可见光度法及接触角测量

2．4．2 能谱及X射线表征

2．4．3 拉曼衍射

2．5 本章小结

第三章 基于花状金纳米结构电化学DNA传感器的构建及其应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验过程

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 电极有效面积

3．3．2 基于HFGNs的DNA传感器

3．4 本章小结

第四章 基于HFGNs电化学传感器对microRNA的检测

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验过程

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 细胞中提取RNA的结果

4．3．2 HFGNs的电化学性能

4．3．3 基于HFGNs电化学miRNA传感器的选择性

4．3．4 活体细胞中miRNA-21的检测

4．3．5 血清中检测miRNA-21

4．3．6 基于HFGNs电化学传感器的可再生性

4．4 总结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢