基于半導體材料的光電化學適配體生物傳感器.pdf

1、光電化學分析方法是繼光學、光化學、電化學方法之后發(fā)展起來的利用光電化學過程來實現(xiàn)能量轉換、能源利用、分析檢測等目的的一種新型的分析方法。由于光電化學傳感器背景信號低，靈敏度高，而且又具備裝置簡單，易于微型化，可以實現(xiàn)太陽能的合理有效利用等優(yōu)點，已經成為一種極具潛力的分析方法。在構建生物化學傳感器時，尋找提高光電吸收范圍和效率，提高光電轉換能力的傳感模式，成為現(xiàn)在的光電化學分析方法的發(fā)展趨勢。由于DNA序列的生物相容性，光電化學DNA生物

2、傳感器得到了廣泛的應用，故本論文基于此設計以下兩種光電化學DNA型生物傳感器。
　　1.基于CdTe@CdS核殼量子點敏化作用與核酸外切酶I輔助循環(huán)作用構建的光電化學適配體傳感器
　　基于CdTe@CdS核殼量子點的敏化作用與核酸外切酶I（Exo I）的輔助循環(huán)作用來放大信號，構建了一種新型的光電化學適配體傳感器，實現(xiàn)了對癌胚抗原（CEA）的高靈敏檢測。在本體系中首先利用蒸發(fā)誘導自組裝（EISA）的方法合成了氮摻雜介孔TiO

3、2（mTiO2:N），在氮摻雜介孔TiO2的表面沉積上金納米顆粒（AuNPs），形成mTiO2:N/Au復合結構，以此作為光電化學基底來固定CEA適配體DNA（pDNA)的互補DNA（cDNA）。同時，CdTe@CdS核殼量子點作為敏化劑連接在pDNA的前端。當pDNA與cDNA互補配對后，CdTe@CdS核殼量子點就會靠近mTiO2:N/Au電極表面，隨即產生敏化效應，增加光電流強度。在該適配體傳感器經過 CEA和 Exo-I孵育后，

4、CdTe@CdS核殼量子點標記的pDNA（QD-pDNA）會與CEA特異性結合，從而離開電極表面，導致敏化效應減弱。同時，Exo-I可以剪切pDNA片段，從而釋放CEA，使得CEA可以繼續(xù)與電極表面未被結合的 pDNA結合，進而光電流強度更進一步地降低了。這種利用核酸外切酶的信號放大策略在光電化學生物傳感領域還未見報道，所設計的光電化學適配體傳感器顯示出了較低的檢測限（0.12 pg/mL）和較寬的檢測范圍（0.5 pg/mL-10 n

5、g/mL），同時也有著良好的特異性、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性等。該信號放大策略也為低含量生物分子的靈敏檢測提供了一個可觀的光電化學生物傳感平臺。
　　2.基于 CdSe量子點敏化作用構建的光電化學適配體傳感器對 miRNA-21的靈敏檢測
　　基于DNA構型變化引起的CdSe量子點的敏化作用作為信號放大策略來構建的光電化學適配體傳感器，實現(xiàn)了對miRNA-21的靈敏檢測。首先通過電化學還原的方法在TiO2納米陣列管修飾上還原氧化石墨烯

6、（RGO），再通過電化學方法沉積上金納米顆粒（AuNPs），制備成TiO2NTs/RGO/AuNPs電極作為電化學適配體傳感器的基底電極。修飾有CdSe量子點的發(fā)卡DNA通過Au-S鍵作用力固定到電極表面，而沒有與DNA上巰基結合的位點則用巰基乙胺進行封閉。這時由于發(fā)卡DNA（HP-DNA）的發(fā)卡型結構，末端的CdSe量子點離基底電極距離近，會引發(fā)敏化效應，引起光電流強度增加。而當一定濃度的目標檢測物miRNA-21存在時，miRNA-