基于电化学耦合光学技术的纳米生物传感移动检测研究

论文摘要

纳米材料优异的电化学和光学特性使其在生化分析、医学检测、和环境监控等领域拥有广泛的应用。其中基于贵金属纳米阵列传感器的电化学耦合局部表面等离子共振技术,通过在纳米等离子器件上施加电化学激励信号,调制其表面电子的分布密度,可以有效的实现电信号和光信号的联合传输,为传感检测带来了高灵敏度、高可靠性和高稳定性等优点。此外,随着在即时检测中对便携化、小型化以及智能化传感系统需求的不断增加,智能手机由于其先进的计算能力、高清的成像功能以及开源的操作系统,在移动传感中起着越来越重要的作用。通常利用智能手机的内置功能模块来感知电化学和光学等信号,其中电化学发光作为一种电激励的光辐射技术,在传感检测中显示出强抗干扰能力,利于在智能手机上构建“一体式”检测平台,在生物传感中具有广阔的应用前景。本文以纳米阵列、氧化石墨烯、纳米孔以及石墨烯量子点等纳米材料构建电化学耦合光学传感平台,实现凝血酶、唾液酸、葡萄糖、半胱氨酸、三硝基甲苯以及大肠杆菌等生物传感检测;并通过在智能手机上搭建电化学发光检测系统,实现指纹成像传感应用。本文的主要内容如下:（1）设计并实现了基于纳米阵列的电光耦合传感检测系统。基于周期性纳米粒子构成的纳米阵列式传感器的电化学和局部表面等离子共振特性,进行凝血酶和唾液酸传感检测研究。通过纳米压印成型技术制备纳米杯阵列,并通过电子束蒸发在纳米杯阵列上沉积金纳米粒子,构成金纳米杯阵列传感器;然后通过层层自组装技术构建“三明治”夹心结构,将聚乙二醇、凝血酶特异性多肽和白蛋白修饰在传感器上;最后利用电泳增强的局部表面等离子共振技术对凝血酶实现高灵敏性和高特异性检测。此外,又通过电化学还原沉积作用在金纳米锥阵列上沉积银纳米粒子,构成金/银纳米锥阵列传感器;然后通过共价结合作用修饰巯基苯硼酸于传感器上;最后利用线性扫描伏安法协同局部表面等离子共振技术对唾液酸实现高稳定性和高选择性检测。在该纳米阵列式传感器上实现了动态的电光谱记录,为高效灵敏的生物传感检测研究开辟了新的思路。（2）设计并实现了基于氧化石墨烯的电化学/光学传感检测系统。基于氧化石墨烯纳米复合物的电化学和光学特性,进行葡萄糖和半胱氨酸传感检测研究。通过酰胺脱水缩合反应制备氧化石墨烯/氨基苯硼酸纳米复合物;然后利用“一步法”电化学还原沉积作用将纳米复合物修饰到丝网印刷电极表面;最后利用电化学交流阻抗谱技术对葡萄糖实现高灵敏性和高稳定性检测。此外,通过热还原法制备氧化石墨烯/金纳米粒子复合物,用作半胱氨酸光学传感检测探针;然后在智能手机上搭建RGB、CMYK、HSV以及HSL多模式比色分析系统,实现快速半胱氨酸检测。氧化石墨烯纳米复合物和智能手机传感检测平台的结合为搭建便捷高效的分析系统提供了支撑。（3）设计并实现了基于智能手机的电化学发光传感检测系统。基于智能手机的电化学发光结合纳米孔和石墨烯量子点对发光信号的强化,进行三硝基甲苯和大肠杆菌传感检测研究。通过智能手机的USB-OTG接口来提供电化学发光电激励,摄像头来捕获动态发光视频,RGB、HSV和灰度分析算法来提取发光信号,构建“一体式”电化学发光检测平台;然后在丝网印刷电极上修饰具有离子选择通道的纳米孔,构成纳米孔增强发光传感电极;最后通过在电极上固定多肽敏感层实现对三硝基甲苯的高特异性和高灵敏性检测。此外通过热还原法制备石墨烯量子点/银纳米粒子复合物,作为电化学发光增强剂;然后在氧化铟锡工作电极上固定大肠杆菌抗体形成敏感检测电极;最后在基于智能手机的电化学发光系统上实现对大肠杆菌的定量检测。将纳米材料应用于智能手机传感平台上来辅助电化学发光检测,将有助于移动式生物传感检测的推进。（4）设计并实现了基于智能手机的指纹成像传感检测系统。基于电化学发光对电极表面发光空间分布的敏感性特征,在智能手机上进行指纹成像分析和传感检测研究。通过智能手机内置的功能模块实现集电化学激励和发光分析为一体的电化学发光检测平台;然后对指纹电化学发光成像图谱进行色彩感应、灰度和二值化处理,获得纹理清晰的指纹图像并提取相关指纹细节信息;最后对指纹上尼古丁增强发光和三硝基甲苯猝灭发光进行原位传感检测。由于指纹被广泛用于解锁手机,基于智能手机的指纹成像传感技术将大大推动个人医疗检测和公共安全防御的发展。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李爽

导师: 刘清君

关键词: 纳米材料,局部表面等离子共振,电化学检测,智能手机,电化学发光,生物传感,指纹分析

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,自动化技术

单位: 浙江大学

分类号: R318;TP212.9

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.001000

总页数: 134

文件大小: 12269K

下载量: 254

相关论文文献

• [1].近期热点文章[J]. 电化学 2020(03)
• [2].共晶诱导增强的电化学发光9,10-二苯基蒽-苝微晶构建高效尿酸传感器[J]. 高等学校化学学报 2020(09)
• [3].无线电化学发光电极阵列芯片研制成功[J]. 分析化学 2016(02)
• [4].Roche Cobas e411电化学发光全自动免疫分析系统性能评估[J]. 中国医疗设备 2017(09)
• [5].三联吡啶钌电化学发光机理及改善其强度的途径[J]. 化学通报 2009(09)
• [6].电化学发光分析研究进展[J]. 中国科学:化学 2018(08)
• [7].电化学发光及其毛细管电泳联用分析方法研究获新进展[J]. 生物医学工程与临床 2010(03)
• [8].电化学发光免疫检测技术研究进展[J]. 分析化学 2010(08)
• [9].电化学发光示踪剂——RU(bpy)_3~(2+)复合物的合成法[J]. 放射免疫学杂志 2010(06)
• [10].系列2-苯基喹啉类铱配合物的合成及电化学发光性能研究[J]. 化学学报 2012(23)
• [11].基于四苯乙烯自聚集膜增强电化学发光灵敏检测溶解氧[J]. 分析测试学报 2020(05)
• [12].电化学发光产率为66%的金纳米团簇探针及其机制[J]. 科学通报 2019(26)
• [13].基于电化学双共价键法构建可再生高灵敏的电化学发光适体传感器检测可卡因（英文）[J]. 电化学 2019(02)
• [14].世界首台毛细管电泳电化学发光综合分析仪问世[J]. 发明与创新(综合版) 2008(06)
• [15].毛细管电泳电化学发光综合分析仪[J]. 光学仪器 2008(03)
• [16].“毛细管电泳电化学发光微型综合分析仪”通过验收[J]. 中国计量 2009(03)
• [17].长春应化所研发出毛细管电泳电化学发光综合分析仪[J]. 中国西部科技 2008(11)
• [18].新型电化学发光纳米生物传感器[J]. 技术与市场 2013(12)
• [19].“毛细管电泳电化学发光微型综合分析仪”通过验收[J]. 化学分析计量 2009(01)
• [20].毛细管电泳电化学发光微型分析仪研制成功[J]. 中国医疗器械杂志 2009(01)
• [21].电化学发光生物传感技术在快速检测心肌梗死标志物中的研究进展[J]. 应用化学 2018(09)
• [22].超四面体硫簇结构调控与电化学发光研究进展（英文）[J]. 电化学 2019(03)
• [23].两种方法检测癌胚抗原的结果对比[J]. 医疗装备 2016(18)
• [24].基于硫化钼量子点的心肌肌钙蛋白Ⅰ无标记型电化学发光免疫传感检测[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版) 2019(04)
• [25].基于三联吡啶钌的毛细管电泳电化学发光联用技术及其在药物分析中的应用[J]. 邵阳学院学报(自然科学版) 2018(04)
• [26].电化学发光传感器的应用研究[J]. 科技资讯 2017(30)
• [27].医学实验室电化学发光分析系统测量不确定度评价[J]. 国际检验医学杂志 2013(01)
• [28].电化学发光免疫分析系统E170的应用评价[J]. 实用预防医学 2011(03)
• [29].罗氏Cobas601电化学发光CleanCell缓冲液位置错放处理方法[J]. 实用医技杂志 2017(02)
• [30].电化学发光免疫检测乙型流感病毒方法的初步建立[J]. 生物医学工程学杂志 2013(05)

标签：纳米材料论文;  局部表面等离子共振论文;  电化学检测论文;  智能手机论文;  电化学发光论文;  生物传感论文;  指纹分析论文;