基于CdSe量子点单色电化学发光生物传感器研究

摘要

电化学发光技术(ECL)是一种通过电化学物质在电极表面的电子转移反应形成的激发态来产生光辐射的方法。非选择性的激发光源导致较低的背景，ECL技术表现出优于荧光技术较高的灵敏度和信噪比。本学位论文运用ECL技术，以双稳定剂包被的CdSeQDs为基础，并结合纳米材料、金属有机框架材料以及化学生物学手段构建了良好的生物分析及传感体系，主要研究工作如下：
　　1.基于碳纳米管-Nafion-双稳定剂包被CdSe QDs复合物电致化学发光及生物传感
　　生物相关分子及酶活性的灵敏选择性测定，在当今生物传感和临床诊断领域中新检测方法设计方面发挥着至关重要的作用。在此，我们发现以双稳定剂包被的CdSe QDs与多壁碳纳米管(CNTs)和Nafion组成的复合膜为基础的电化学发光技术(ECL)，在生物样品中碱性磷酸酶(ALP)活性的测定中显示出了良好的发展前景。由于Nafion混合物中的双稳定包被CdSe QDs可以保持其高度钝化表面态与延长激发态的寿命，并且CNTs能促进的电子转移的能力，因此所提出ECL策略不仅可以产生半峰宽为37 nm的单色可见ECL光信号，而且与未修饰的玻碳电极相比较，量子点的发光强度增加了1.8倍，并且向较低能量的激发电位(0.12 V)转移。该ECL的猝灭比率伴随抗坏血酸(AA)浓度增加而增加，检出限(LOD)可以达到5 pmol/L。同时，ALP作为催化剂酶催化底物抗坏血酸磷酸酯(AA-P)水解反应产生的AA，该反应可以用于ALP的活性测定，其检出限为1?U/L。所提出的ECL传感策略，有利于开发高灵敏度和光谱分辨率以及更少电化学干扰的简单ECL传感器或设备。
　　2.基于双稳定剂包被CdSe QDs/沸石咪唑类金属有机框架复合物的电致化学发光及生物传感
　　以沸石咪唑类金属有机框架(ZIF-8)在具有良好电化学发光(ECL)特性的双稳定剂包被的CdSe QDs表面成膜，形成了CdSe QDs/ZIF-8纳米复合物。在此基础上，设计出一种利用金属有机框架(MOFs)提高选择性及高强度的电化学发光生物传感器。结果表明，所合成的功能化CdSe QDs-/ZIF-8复合物不仅维持了CdSe QDs的高ECL强度，而且基于ZIF-8本身所具有的吸附特性与独特的框架结构，可以实现对分析物的富集与选择性检测。此外，将CdSe QDs/ZIF-8复合物与羧基化多壁纳米碳管相结合，进一步提高ECL的信号强度，展现了良好的应用前景。研究表明，所用敏感膜制备方法可保持CdSe QDs钝化的表面状态基本不发生变化，所产生ECL光谱单色性良好，光谱半峰宽为37 nm。在优化的条件下，由于ZIF-8壳自身的孔径作用的限制，从而展现出对不同大小的分子(例如，过氧化氢、抗坏血酸)的ECL响应也不相同。更为重要的是，所构建的ECL传感器可以提供一种检测H2O2及O2?-等自由基浓度的方法，同时可以有效的排除其他生物大分子对实验测定的干扰。其CdSe QDs/ZIF-8/CNTs传感器ECL强度的增加量与H2O2呈良好的线性关系，其线性范围分别为0.1-500μmol/L，检出限为0.02μmol/L。另一方面，对O2?-浓度的测定也取得良好的效果，检测的浓度可以低至0.3μmol/L。

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第一章 绪论

1.1电化学发光简介

1.1.1 ECL的概念

1.1.2 ECL的机理

1.1.3 ECL发光体系

1.1.4 ECL研究进展和发展趋势

1.2 基于量子点的ECL简介

1.2.1 量子点ECL发光的模型

1.2.2 量子点ECL发展趋势

1.3 ECL传感器的分析与应用

1.3.1 H2O2、金属离子、五氯苯酚测定

1.3.2 ECL生物分子检测

1.3.3 ECL免疫分析检测

1.3.4 ECL的DNA分析检测

1.3.5 ECL传感器的发展与应用

1.4 本论文选题背景和研究内容

第二章基于碳纳米管-Nafion-双稳定剂包被CdSe QDs复合物电致化学发光及生物传感

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1 材料与试剂

2.2.2 表征

2.2.3双稳定剂包被CdSe QDs的制备

2.2.4基于CdSe QDs ECL传感器的构建

2.2.5基于CdSe QDs ECL传感器的电化学表征

2.2.6 ALP的活性测定

2.2.7 实际血液样品中AA与ALP的测定

2.3 结果和讨论

2.3.1 CdSe QDs以及复合物的光谱表征

2.3.2 ECL传感器的电化学表征

2.3.3 ECL传感器的ECL性能表征

2.3.4 Nafion与CNTs含量的影响

2.3.5 pH与共反应剂的影响

2.3.6 扫描速度的影响

2.3.7 ECL的生物传感策略

2.3.8 实际血液样品中AA与ALP的测定

2.4 结论

第三章 基于沸石咪唑类金属有机框架(ZIF-8)-双稳定剂包被CdSe QDs复合物的电致化学发光及生物传感

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1 材料与试剂

3.2.2 表征

3.2.3 双稳定剂包被CdSe QDs的制备

3.2.4 CdSe QDs-ZIF-8复合物的制备

3.2.5基于CdSe QDs-ZIF-8的ECL传感器的构建

3.2.6 基于ECL传感器H2O2及O2?-测定

3.3 结果和讨论

3.3.1CdSe QDs以及复合物的表征

3.3.2 ECL传感器的电化学表征

3.3.3 ECL传感器的ECL性能表征

3.3.4 ECL传感器选择性验证

3.3.5CdSe QDs-ZIF-8复合物合成时间的影响

3.3.6 酶缓冲体系及缓冲用量的影响

3.3.7 PBS溶液环境中H2O2，O2·-含量的测定

3.4 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢