朱民[1]2003年在《微型电化学传感器的研究及其在细胞分析中的应用》文中指出细胞是组成生物机体的基本结构和功能的单位。初期的细胞学是以研究细胞的形态和结构为主要内容。最近几十年，随着现代科学技术，特别是由于分子生物学的发展，使细胞学的研究内容焕然一新，对于细胞的研究已逐渐发展成为一门研究细胞显微结构和超微结构化学组成的科学；生命活动的一些基本过程如物质代谢、运动、发育、繁殖以及遗传等重要机制，正在细胞水平上进行日益深入地研究。同时，现代细胞化学技术又吸引了多学科的先进技术，更深入地阐明了细胞的增殖与分化、遗传与变异，为疾病的病理和病因提供科学依据。目前，细胞学已逐渐发展成为从显微水平、亚显微水平和分子水平叁个层次上深入探讨细胞生命活动的学科。 细胞的分析研究已经成为分析化学前沿学科领域中的热门话题，研究细胞化学不仅有利于确定细胞功能和代谢及细胞内的化学成分，而且还有利于确定细胞特征，进行疾病的病理和有关药理的机制研究。目前，细胞生物学、分子生物学等生命科学前沿学科向分析化学提出的课题集中在多肽、蛋白质、核酸等生物大分子分析以及生物药物分析和超痕量、超微量生物活性物质，如单个细胞内生物物质的分析。在生物无机分析领域中，痕量元素分析已集中到元素在生物组织层、单个细胞甚至细胞膜中的微分布及其结合形式等方面。使用超微量样品的微痕量分析，检测限达到fg级水平。 生物现象最基本的过程是电荷运动，人体运动、大脑信息传递及细胞膜的结构与功能机制都涉及到电化学过程，可以说，电化学是生命科学的基础学科。热点研究领域之一——生物电分析化学便是建立在电分析化学、生物物理学、生物化学、电生物物理学、电生理以及电化学等数门学科基础上的独立学科。在电化微型电化学传感器的研究及其在细胞分析中的应用一论文摘要学的基本原理和实验方法基础之上，生物电分析化学已经迅速发展成为研究和探讨生命现象本质的最合适、最有力的工具之一。 本论文创新性地以多种灵敏度高、选择性好的微型电化学修饰传感器，对细胞损伤和修复过程中胞内外的多种生命活性物质的水平变化进行了研究。以心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞等心血管细胞为研究对象，以酶、纳米材料等为修饰剂，研制了多种用于监测细胞内外NO、次黄嘿吟、细胞色素C及超氧阴离子自由基的微型传感器，对细胞损伤及给药修复后的信息物质的水平变化进行了深入研究，建立了细胞实时在线监测的新方法。因此，本论文不仅拓展了电分析化学的研究领域，对促进细胞生物学和临床科学的发展具有比较重要的理论意义和科学价值，同时在开发治疗心脏病等心血管疾病药物方面也具有广泛的应用前景。第一章:序言 本章对研究细胞的传统生物技术方法、分析化学在细胞研究中的应用以及生物体中信息物质及检测技术研究进展等方面进行了比较详尽的综述，着重综述了毛细管电泳(CE)分析法、微柱分离法、微电极电化学法在细胞分析中的应用，同时对细胞中重要的信息分子，包括:一氧化氮、超氧阴离子、嗓吟碱以及细胞色素C的性质、生物合成及生理作用、生理功能进行了阐述。讨论了开展本论文研究的目的和意义并归纳了本论文研究的创新之处。第二章:一氧化氮微型传感器的研制及其应用于细胞分析的研究 NO是神经、心血管系统细胞间信息传递的重要调节因子，作为第二信使和神经传递物质而起着不同的功能，同时还是宿主免疫反应中的一种细胞毒性因子:作为内皮舒张因子(ED孙)，NO可以释放到相邻的平滑肌，使血管舒张;NO也可以扩散到血流中抑制血小板的凝聚。由于NO在神经生理、免疫、病理华东师范大学申请博士学位论文第2页微型电化学传感器的研究及其在细胞分析中的应用一论文摘要及药理等方面的研究都具有极为重要的作用，实现NO的直接实时测定，成为进一步探索NO功能的必要手段。但由于生物体内NO易逸、不稳定，且浓度极低，实时测定尤为困难。微电极电化学法具有电极探头微小、响应快速、灵敏、选择性好等特点，非常适用于NO的实时动态检测。本论文制备了一种新型的Nafi。可Au溶胶修饰微铂传感器，对NO有较高的灵敏度和良好的选择性，检测限为5.ox 10一“m。比。本论文还探讨了该修饰微传感器对No的催化氧化机理，并以该微传感器为工作电极组成叁电极系统，研究了在L一精氨酸(L一Aig)和乙酞胆碱(Ach)及黄酮类药物刺激下平滑肌细胞内的NO释放，以及在L一抢g、Ach刺激下心肌细胞内的NO释放。拓展了NO的检测方法，具有广阔的应用前景，并对生理、病理、临床医学研究都具有重要的价值。第叁章:超氧阴离子自由基微传感器的研制及在内皮细胞研究中的应用 近年来，超氧阴离子在心肌缺血和再灌注损伤研究中受到广泛关注。在缺血一再灌注损伤部位，自由基形成增多，其强烈的氧化作用引起血管内皮细胞和组织细胞的损伤，导致器官功能障碍。由于02一具有强氧化性、半衰期短、且生物体内的浓度较低(约为10-5.、10气1℃比)等特点，实现实时动态分析必须发展高灵敏度、高选择性、可靠性好及响应快速的检测技术。
宋永贵[2]2017年在《基于电化学传感与液质联用技术的生物活性物质体内分析研究》文中研究表明自然界中的食用或药用植物为人类提供了大量的维持人类生命活动和治疗人类疾病所必需的生物活性物质,这些物质的检测在现代分析科学中己显示出越来越关键的作用,并广泛地应用于临床诊断、治疗监测、食品安全、药物安全性评价和质量控制等诸多领域。在这些领域中,我们通常需要对复杂体系中的一种或多种生物活性组分进行体内、体外分析,如食品分析中对重要功能性成分的检测、中药单方或复方制剂中重要活性成分的体外含量测定与体内吸收分布考察等。而且,一些生物活性物质在人体内含量发生异常时会提示相应的组织或器官病变,因而,在临床诊断中往往还需要对作为疾病标志物的体内生物活性物质进行检测。这就使得灵敏、高效、高选择性且实用可靠的生物活性物质体内分析方法显得尤为重要。本研究重点就建立生物活性物质的体内分析方法开展了以下五个方面的工作:1、通过直接碳化叁聚氰胺泡沫(MF)制备了一种氮掺杂的叁维(3D)弹性碳泡沫(NECF)材料,并以该NECF材料为基质,修饰以葡萄糖氧化酶(GOD)来构建新型葡萄糖传感器。在GOD/NECF电极中,其电极材料的前驱体MF来自于厨房保洁或建筑保温材料,价格低廉,并且碳化工艺简单。由于NECF具有叁维(3D)互联网络结构且结构中含有大量的氮,从而大大增加了电极的有效表面积、机械稳定性、活性位点与生物相容性。该体系所特有的结构和所含有的大量的氮都有助于O2的催化还原反应,这对于通过监测还原反应中O2的消耗量来定量检测葡萄糖是十分有利的。此外,NECF可以通过其良好的吸附性来结合GOD对葡萄糖进行检测。GOD/NECF电极克服了传统GOD修饰电极的机械稳定性低和支撑材料的负效应等缺点,且在对葡萄糖的电化学传感分析中显示出较宽的线性范围(0.51μM-19.00 m M)、较低的检出限(0.17μM)、良好的稳定性和较高的灵敏度(98.46μA cm~(-2) mM~(-1))。最后,我们利用该电极实现了对人血清样本中葡萄糖含量的检测。2、基于球形MOF-5/叁维多孔碳(3D-KSC)复合材料构建了一种新型抗坏血酸无酶传感器。3D-KSC是由天然植物洋麻杆高温碳化制得的碳材料,具有叁维多孔结构及良好的生物兼容性等优点,我们以3D-KSC为支撑材料通过一步水热合成法制备了MOF-5/3D-KSC复合材料。在该复合材料中,具有球形多孔结构的MOF-5微型材料均匀、牢固地生长在多孔的3D-KSC表面,且基于MOF-5/3D-KSC制备的一体电极与其他电极相比,由于两种多孔材料的迭加效应,使其具有更大的电化学活性比表面积。并且MOF-5/3D-KSC一体电极对抗坏血酸脱氢氧化反应显示出巨大的催化能力。使其对抗坏血酸的检测显示出较宽的线性范围(0.7μM-11.5 m M),且具有灵敏度高(68.4μA cm~(-2) m M-1)、检测限低(0.24μM)和室温下极其良好的稳定性等优点。同时,在本章中,该MOF-5/3D-KSC一体电极被成功的应用于未经稀释的肠外营养液中抗坏血酸含量的检测。3、我们基于GOD/KSC微电极与Ag/Ag Cl微参比电极设计了一种开路电位生物传感器(OCPS),它仅包含一根工作电极和一根参比电极,并利用开路电位(Voc)的变化来监测葡萄糖的含量。该传感器的工作电极材料为环境友好的氮掺杂多孔碳(KSC)粉末,它是由天然植物洋麻杆(KS)高温碳化并经仔细研磨而来,具有良好的生物兼容性且每一微小碎片均具多孔结构。与电流型传感器相比,OCPS没有外界电压施加于电极之上,因而,大大降低了生物样本及体内环境中复杂成分的干扰。而且与传统双工作电极的自供能传感器相比,OCPS仅有一根工作电极,简化了修饰过程,极大地增加了传感器的重现性。由于该检测体系所需能量来自于生物样品本身,不需要额外的能量供应,因此,OCPS更加易于小型化并且适用于活体分析。利用该传感器,我们成功地检测了小鼠浅表肿瘤组织和正常组织匀浆液当中的葡萄糖浓度。并且,在活体分析试验中,我们还对如何利用OCPS长时间监测大鼠皮下组织液的葡萄糖浓度进行了一次有益的尝试。4、采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS),根据时间依赖型扫描模式(MS~E)采集的超高精度样品数据,建立中药复方制剂克咳胶囊活性物质的高通量分析方法,在25 min内,对克咳胶囊中8类,41种复杂成分实现快速识别鉴定。并进一步追踪活性物质经胃肠道吸收入血以及血-脑屏障跨越后的主要成分,形成体外物质成分→入血活性物质→入脑活性物质的快速高效、整体评价方法。获得克咳胶囊能够吸收入血并移行入脑的物质成分谱,为其临床合理、安全用药提供依据。5、采用超高速分离液相-叁重四级杆串联质谱联用(LC-MS-MS)技术,建立同时测定生物样品中吗啡与差向异构体麻黄碱、伪麻黄碱的分析方法。使用Agilent ZORBAX SB-C8柱,2 mmol L~(-1)醋酸铵的水溶液(含0.04%醋酸)与乙腈梯度洗脱,流速为0.2 mL min~(-1)。待测物在各自测定范围内线性关系良好(r~2>0.99),3种生物碱类成分和内标的提取回收率均大于85.0%,方法的专属性、准确度、精密度、基质效应和稳定性均符合生物样品的分析要求。所建立的方法快速测定了大鼠灌胃给予中药克咳胶囊内容物后3种生物碱类活性物质的血浆浓度与不同脑组织浓度(包括运动前区皮质、下丘脑、纹状体、海马、小脑和延髓),考察了这3种物质在大鼠体内的药动学行为差异与脑部的组织分布特征。
金利通[3]2001年在《电化学传感器在生命科学中的应用研究》文中研究说明一、一氧化氮电化学传感器及其在活体分析中的应用1.微型一氧化氮传感器的制备2.传感器的电催化活性研究3.一氧化氮电化学传感器在活体组织中的应用4.一氧化氮传感器在细胞分析中的应用二、微渗析取样技术在脑科学中的应用1.微渗析采样技术2.脑组织液中单胺类递质的色谱分析3.帕金森模型及帕金森病理研究4.药物动力学研究叁、微型传感器在心肌细胞缺血损伤与修复研究中的应用1.心肌细胞缺血损伤模型的建立2.自由基电化学传感器3.超微传感器在模型中的应用研究4.抗心肌缺血药物的筛选研究
王君[4]2013年在《微型电化学生物传感器的设计及其在细胞生化参数检测中的应用研究》文中认为活体细胞对外界刺激如药物、环境因素变化和受体作用等产生响应,会引起细胞代谢等功能性变化,外在表现为生化参数的改变。利用微型化电化学生物传感器,可以将细胞培养在传感器表而,细胞内的生理变化引起胞外环境的变化,胞外的电解质溶液与传感器之间形成电化学池,从而将这些参数的变化通过二级换能器转换为电信号输出,最终实现定量化监测和细胞水平的分析。将传感器微型化和建立良好的细胞-芯片耦合是关键问题所在。鉴于此,采用微机械加工技术开展的基于细胞传感器的微电极阵列、叉指型阻抗传感器、场效应传感器等具有良好的生物相容性,得到了广泛的研究,并已在药物筛选、环境监测等领域得到了初步应用。本文从微型电化学生物传感器的设计和制备等关键技术入手,对基于电解质/金属-绝缘层-半导体(Electrolyte/metal-insulator-silicon, EIS/MIS)结构和和光伏检测技术的传感器、金微电极、碳微电极等传感器进行了研究,实现了离体原代肾细胞在传感器表而的良好耦合以及胞外酸化率、胞外氧化还原电位检测、葡萄糖溶液浓度检测,为EIS/MIS结构半导体器件拓展了新的生物学应用领域。此外,本文将碳微加工(Carbon micro-electromechanical systems, C-MEMS)工艺用于碳微电极的制备,实现了碳电极的微型化,成功应用于胰岛素溶液的检测,为细胞分泌的研究提供了一种新的可行性方法。本论文的主要内容和贡献如下1.提出了一种新的有效的细胞胞外氧化还原电位检测的方法细胞胞外氧化还原电位(Extracellular redox potential, ERP)反应了细胞外微环境的氧化还原状态,与细胞的增殖、分化、凋亡及癌细胞侵蚀都有着密切的关系。本文采用基于MIS结构的传感器和流动注射微腔体联用的方法,为细胞水平的氧化还原电位测试提供了一个可行的解决方案。测试无需添加其他氧化还原介质。研究表明,线粒体电子传递链对ERP有较大的影响。2.提出了一种从细胞释放H+和自由电子活性两种角度研究细胞生命代谢活动的集成传感器的设计和可行性本文提出了同时检测胞外酸化率和胞外氧化还原电位的一种集成传感器的设计,该集成传感器的性能可与单独的EIS、MIS传感器相媲美。此外,本文对正常生理状态下的细胞酸化率和ERP两种参数进行了初步的研究,获得了与单独测试类似的结果,验证了该设计的可行性。该设计有望应用于揭示细胞代谢机理的研究和药物分析测试中。3.研制了一种新的电位型葡萄糖传感器本文将PPy-GOD (Polypyrrole-glucose oxidase)超薄膜修饰在MIS结构传感器上获得了比使用同种修饰薄膜的其他类型传感器更高的灵敏度。MIS传感器所采用的光伏检测技术与流动注射微腔体联用,有利于提高传感器本身的灵敏度和响应时间。4.提出了将C-MEMS工艺制备碳微电极用于胰岛素的检测采用C-MEMS工艺将光刻胶热解制备的碳微电极具有较好的电化学性能,在其表面电沉积纳米RuOx颗粒之后实现了胰岛素的电化学检测,这是继玻碳电极、碳糊电极、碳纤维微电极之后,首次将C-MEMS应用于胰岛素测试的研究。采用C-MEMS工艺的优势在于,可根据实际检测需要灵活设计电极的结构和尺(?),有利于胰岛素传感器的微型化和集成化。
王慧香[5]2008年在《基于微流控芯片的免疫传感器研究》文中研究指明微流控芯片结合了生物和微电子加工等技术,将实验室中多种仪器的功能集成到几平方厘米(甚至更小)的芯片上处理,它有很多优点如:微型化、集成化、检测效率高、检测成本低等。目前微流控芯片已经应用于生物化学、医学检验、药物合成筛选、环境监测等领域,有着广泛的发展空间和良好的应用前景。现在普遍使用的微流控芯片的制作材料高分子聚合材料存在一些问题,例如非特异性吸附等。研究结果表明,对高分子材料表面进行修饰改性可以改善它的性质,使聚合物芯片更有利于实际生物样品分析。本论文以聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片为研究对象,通过采用有效的修饰方法对其进行表面改性,成功实现了抗体分子的固定,并将该方法用于酶联免疫分析的研究,采用柱端电化学方法对该微流控芯片免疫传感器进行了检测,得到了满意的分析效果。本论文包括以下几个方面的内容:一.概述了微流控分析技术及其在生物分析中的应用概述了微流控芯片分析技术的发展现状,例如微流控芯片的制作材料、加工方法、进样技术和检测技术等。介绍了微流控分析技术在生物分析中的应用,并对微流控芯片未来的发展趋势及其应用领域进行了展望,最后本章着重讨论了本论文研究的目的及意义。二.基于微流控芯片的免疫传感器研究1.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片通道表面改性的研究通过高分子共聚反应合成了(甲基丙烯酸丁酯)_x-γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基叁甲氧基硅烷)_y[(BMA)_x-(MAOPTAS)_y],实现了PMMA材料表面硅烷化,在憎水、化学惰性的聚合物表面引入活性基团,为接下来的生物识别分子固定研究提供了极大的可能性。采用热压法制作PMMA微流控芯片,在通道表面经微流控芯片的表面化学改性引入的硅烷化活性基团与Al_2O_3溶胶-凝胶之间进行缩合反应,在缩合过程中实现了蛋白质分子在芯片通道内的固定。2.聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片在免疫分析中的应用采用上述固定方法,制备了微流控芯片免疫传感器。首先采用Al_2O_3溶胶-凝胶将抗体(anti-IgG)包埋于经(BMA)_x-(MAOPTAS)_y修饰过的微流控芯片微通道中,然后通过抗原-抗体特异性相互作用结合抗原(IgG)以及碱性磷酸酶标记的二抗(ALP-anti-IgG),制备了微流控芯片免疫传感器,进行ELISA酶联免疫分析。分别采用微分脉冲伏安法(DPV)和电流-时间曲线法(Amperometric i-t Curve)进行了电化学检测。由于微通道内具有较大的表面积/体积比等特点,微流控芯片把免疫分析的反应时间缩短到10分钟以内,并且大大简化了分析过程。氧化铝溶胶-凝胶网络结构能够有效的保持抗体的生物活性,并且能够抗蛋白质的非特异性吸附,该方法具有检测灵敏度高(检测下限达1pg/ml),线性范围宽(1-500pg/ml)等优点。因此微流控芯片免疫传感器在临床应用和环境检测中有巨大的发展潜力。叁.壳聚糖/透明质酸微球组装的表面及其应用于酪氨酸酶传感器的初步探索通过壳聚糖/透明质酸纳米微球(CS/HA nanoparticle)与阳离子聚电解质(PDDA)采用层层组装技术(LbL)在导电玻璃(ITO)电极上构建功能性的表面,将酪氨酸酶吸附于组装膜上,制备了生物传感器并用于溶液中微量苯酚的检测,具有灵敏度高、检出限低(10~(-7)M)、线性范围宽(10~(-4)M-10~(-7)M)等优点,同时改变聚合物微球的组装层数可调控酶的负载量,从而控制酶电极的催化性能。壳聚糖/透明质酸纳米微球组装膜生物相容性较好、酶的吸附能力强,在生物分子固定方面具有很大的发展优势,在生物传感器、酶反应器等纳米生物器件中有广泛的应用前景。
邹秋菊[6]2007年在《微型生物传感器及其在转基因植物生理实时监测中的应用研究》文中提出了解植物生理、病理情况下体内信号分子的变化,对我们研究植物生命发展规律、促进植物生长、避免病虫侵扰和开展植物保护都具有重大意义。菌核病是世界范围的影响油菜产量的主要病害,其在培养和致病过程中皆产生毒素草酸。特异性地针对菌核病菌致病关键因子草酸,利用外来的草酸氧化酶基因进行和油菜的遗传转化,从而获得抗菌核病的油菜植株是抵抗菌核病最有效的途径。然而采用传统方法判断获得的转基因油菜是否获得抗性却较为困难。植物在长期进化过程中形成了一系列防御病原体侵染的机制。其中氧爆发是植物体防御过程中的重要应激反应。由于在植物组织体中,氧爆发持续的时间非常短暂,产生的活性氧物质的浓度较低(达到μmol数量级);因此采用现有的检测方法难以测定植物活体组织中的氧爆发。微型生物传感器由于具有体积微小、性能稳定的特点,不但可以实时检测到植物组织内部pH值和过氧化氢分子,还可以进行长时间的在体监测,追踪植物组织内部pH的变化和过氧化氢浓度的改变。从而可以对植物的生理、病理过程进行跟踪观察,判断植株对病菌的抗性,了解活性分子对植物生理过程的诱导过程。本论文中采用循环伏安法制备聚苯胺修饰的铂电极作为传感器,用于pH检测。该传感器在pH 3~7的范围内检测到的电压值和pH值有着良好的线性关系,线性相关系数为0.9979,斜率为70 mV/pH。将这种传感器应用于监测受到草酸侵染的油菜的叶面组织pH值变化,结果表明葡萄糖氧化酶转基因油菜016的抗草酸能力明显高于非转基因油菜84039。采用循环伏安法制备的铂颗粒点缀的聚邻苯二胺修饰的铂电极传感器对H_2O_2有着良好的电化学响应。采用检测到在不同的电解质溶液中-0.1 V电压处H_2O_2的还原电流强度与浓度呈良好的线性关系。将这种过氧化氢传感器应用于监测菌核病原体侵染油菜时叶面组织氧爆发过程,结果表明转基因油菜和非转基因油菜产生氧爆发的时间和过程表现出不同的特性。这种过氧化氢传感器还被应用于监测水杨酸和苯并噻二唑类植物抗病诱导剂(BTH)侵染油菜时叶面组织氧爆发过程。结果表明水杨酸和BTH均可以诱发转基因油菜和非转基因油菜产生氧爆发,但是氧爆发在产生时间和过程上表现出不同的特性。
佚名[7]2004年在《生命科学中的分析化学》文中进行了进一步梳理10-I-001 四种电化学分析仪器的研制汪尔康中国科学院长春应用化学研究所电分析化学目家重点实验室,长春,130022,ekwang@ciac.jl.cn 本报告介绍我们实验室以原有研究工作为基础,结合国家十五科技攻关课题,适应市场需要,研发的生化需氧量(BOD)快速监测仪、溶氧(DO)在线检测仪、毛细管电泳电化学发光检测仪(CE/ECL)、USB插头式超微型电化学研究系统(uECS)等四种电化学分析仪器。BOD、DO仪采用纳米、自组装等技术制作电化学探头,可实现对水体中的BOD、DO的快速、灵敏的检测,所得结果与使用传统的方法相一致,而所需时问报短,可以实时、在线监测;CE/ECL仪系结合了毛细管电泳的高分离能力和电化学发光的高灵敏度的特点开发出的整体仪器:uECS突破了原有电化学分析仪器的概念,结合了先进的USB2.0技术,整个系统体积小巧(如U盘),通过计算机的USB接口提供电源并进行高速数据传输,具有一般研究型电化学仪的各项功能,并且具有较强的可扩展性。
郭贵全[8]2007年在《聚合物改性碳纳米管及其在催化、生物学领域的应用》文中指出碳纳米管自从被发现以来，由于其独特的结构(如高比表面积与螺旋结构)、优异的性能(如电学、力学与光学)以及在材料领域的潜在应用，引起研究者广泛的关注。然而，碳纳米管间较强的相互作用及不溶于任何溶剂，极大地制约了它的应用。因此，对碳纳米管进行改性以提高其在溶剂及基材中的分散性，具有十分重要的意义。到目前为止，已经报道了多种改性碳纳米管的方法，一般可划分为物理改性与化学改性两大范畴。化学改性不仅能提高碳纳米管的分散性，而且能赋予碳纳米管新的性质。原位自由基聚合反应是一种简单、有效改性碳纳米管的方法。但目前文献所报道的改性途径，需耗费大量的溶剂与单体，在实验室水平上一次只能改性毫克级的碳纳米管。在本论文中，我们实现了一种原位自由基聚合改性碳纳米管的新途径(沉淀聚合)，用较少的溶剂与单体可批量制备亲水或亲油性的碳纳米管，并对改性机理也进行了讨论。另外，在医用方面，改性碳纳米管被成功地用于淋巴示踪与基因转染；在催化方面，负载了铂催化剂的改性碳纳米管用于柠檬醛的选择性催化氢化反应，并取得了良好的实验结果。围绕以上研究内容，主要获得了以下叁个方面实验结果：(1)首先，我们采用原位沉淀聚合反应的方法，对单壁碳纳米管进行了改性研究。并用拉曼、紫外光谱、高倍透射电子显微镜与原子力显微镜对其进行了表征。实验结果表明聚合物成功地接枝到单壁碳纳米管上。原位自由基聚合反应改性单壁碳纳米管的机理同日常生活中“钓鱼”过程极为相似。当活性聚合物自由基增长到临界链长“鱼”时，便从溶剂中析出直接吸附到单壁碳纳米管“鱼钩”上，由于此时聚合物的端基自由基还具有活性，所以该自由基与碳纳米管上的活性点反应，而接枝在碳纳米管上。因此，该方法可以实现用较少的溶剂与单体即可批量改性单壁碳纳米管，如用0.5g甲基丙烯酸甲酯，在100mL甲醇与水的混合溶剂中(醇水体积比为1：4)，可改性1g单壁碳纳米管，聚甲基丙烯酸甲酯的接枝量约为20wt％。尽管单壁碳纳米管的活性高于多壁碳纳米管，但其制备成本远高于多壁碳纳米管，因此我们也尝试了用沉淀聚合方法改性多壁碳纳米管。经过实验证实，用沉淀聚合反应也能有效的制备亲水或亲油的多壁碳纳米管。经过反应，用较少的溶剂与单体，可将多种聚合物接枝到的多壁碳纳米管上，这种改性方法具有很好的工业化应用前景。(2)从文献中获知，亲水碳纳米管是较好的生物材料。因此，在我们的实验中，用沉淀聚合反应将亲水性的聚丙烯酸接枝到多壁碳纳米管上。通过溶剂的调整，可控制碳纳米管上接枝聚丙烯酸的链长。通过不同的离心强度，可将改性程度不同的碳纳米管分离。通过这些优化处理，可得到高密度聚丙烯酸长链接枝的碳纳米管。这些碳纳米管能稳定地分散在去离子水、生理盐水与标准的细胞培养液中。实验表明，这些改性碳纳米管的细胞毒性较低且能示踪淋巴，也能将DNA质粒携带到细胞内。这也意味着，改性碳纳米管作为一种新型载体，可携带抗癌药有选择性的进入淋巴系统，治疗淋巴系统中的癌变组织，并防止癌细胞转移。(3)采用化学沉积技术，通过加入适量的特定离子(Cu~(2+)或NO_3~-)，在改性的多壁碳纳米管上负载不同密度、大小、形状与晶态的铂纳米粒子，并将其用于柠檬醛选择性催化氢化。实验结果发现，无定性的多晶铂在较低温度下(60℃)有较高的活性(转化率＞90％)与较高的单分子催化加氢的选择性(约为100％)，但立体选择性(香叶醇／橙花醇)较差(1.9)。多面体(四面体与八面体)单晶铂有较高的立体选择性(5.4)，而多角体(四角体与八角体)单晶铂的立体选择性较低(2.2)。实验发现多面体单晶铂中，暴露在外面的面均是{111}面，而这些面在多角体中遭到了破坏。所有这些实验说明密堆积的{111}面对香叶醇具有立体选择性。另外，实验还发现，接枝的聚丙烯酸的量对负载铂纳米粒子有重要的辅助作用。
张迪[9]2014年在《几种生物传感器表面修饰技术研究及微型化制备初探》文中提出作为一种先进的分析检测技术,生物传感器因具有专一性强、灵敏度高、检测迅速、操作简便等诸多特点,目前已在生物医药、环境保护、食品安全、工业生产等领域获得广泛关注与应用。其中生物传感活性界面的有效修饰一直以来被认为是生物传感器研发及制备过程中的核心环节,不仅影响生物传感器的主要性能,而且决定生物传感器是否具有科研与使用价值。因此,本文甄选树枝状铜纳米材料、银纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、多巴胺等多种表面修饰材料,结合不同的表面修饰技术,构建了多种可用于有效检测亚硝酸盐、溶解氧、卤素离子等重要物质的生物传感活性界面,并针对所制备生物传感器的各主要项性能进行了研究与探讨。此外,伴随生物传感技术的不断进步,生物传感器的微型化制备已成为未来发展的主要趋势。本文也进一步采用光刻、金属溅镀等微细加工工艺制备了可在非常规检测环境下工作的柔性微传感电极,为开发可用于在体检测的微型生物传感器做出了有益尝试。本论文主要研究内容概括如下：(1)利用简单的两步电化学沉积法成功地将还原型氧化石墨烯(RGO)和树枝状铜纳米材料(Cu-NDs)依次修饰于玻碳电极表面,构建了一种可对亚硝酸盐进行定量检测的新型无酶生物传感器。该传感器对亚硝酸根离子(NO2-)的还原反应具有出色的电催化活性,在此基础上我们进一步对电化学沉积过程及检测过程的主要实验条件如电沉积循环伏安扫描圈数、铜离子(Cu2+)浓度、检测环境pH值以及检测电压等进行了优化。实验结果证明,在最优条件下所制备的无酶传感器对亚硝酸盐的最低检测限为0.4μM(信噪比为3),检测灵敏度为214μA mM-1cm-2,线性范围为1.25×10-3～13mM,传感器整体性能优于已有相关文献报道。此外,传感器也表现出良好的重复性、长时间稳定性和较强的抗干扰性能。这主要是得益于RGO和Cu-NDs具有比表面积大、电子传递速度快等优点以及两种纳米材料相结合所发挥的协同增效作用。(2)以硝酸银为银源,利用电化学沉积的方法制备出具有树枝状叁维立体结构的银纳米材料,并将其修饰于玻碳电极表面构建了可用于检测溶解氧的无酶生物传感器。整个构建方法无需添加任何模板分子或催化剂,操作过程简单易行。由于银纳米树枝的催化活性,溶解氧在较低的工作电压下(-300mV vs. Ag/AgCl)可被直接还原为OH-,还原过程伴随四个电子的转移。该传感器对溶解氧检测的线性范围为1.0～66.71μM (R2=0.995),而且灵敏度高(O.169μA μM-1),检测限低(0.043μM, S/N=3),响应时间快(小于5s)。这主要是由于银纳米树枝材料具有比表面积大、导电性能好等特点,使以此为基础所制备的传感器具有上述卓越性能。特别是检测时可选取较低的工作电压,有效降低了其它电活性物质的干扰。(3)首先利用多巴胺所具有的亲水性将多壁碳纳米管(MWCNTs)分散于碱性溶液(pH8.5)中,使碳管表面形成一层聚多巴胺(PDA)薄膜,显着改善MWCNTs的疏水性；然后再利用PDA的还原性,以硝酸银为银源,将银离子还原为银纳米颗粒(AgNPs)并固定于碳纳米管的外壁,从而制备出MWCNTs/PDA/AgNPs纳米复合材料。利用透射电子显微镜、能量色散X射线光谱等手段对所合成的纳米复合材料进行表征,然后以MWCNTs/PDA/AgNPs纳米复合材料修饰的玻碳电极为基础构建了一种新型无酶传感器,可用于检测体系中的卤素离子(Cl-、Br-、I-)。实验证明,AgNPs可与卤素离子发生反应,由于叁种卤化银的氧化还原电位彼此不同,因此该传感器不仅可分别对单一卤素离子进行检测,而且还具有同时检测Cl-、Br-、I-的能力。该传感器制备过程简单,检测灵敏度较高,检测结果可在循环伏安曲线上直观显现,这些都是本研究所构建的无酶传感器技术优于传统卤素检测方法的特点。(4)分别选取SU-8和Parylene作为基底材料,利用光刻、溅镀等工艺制备了柔性叉指阵列微电极(IDAM)。由于柔性基材具有一定的延展性和机械强度,因此,与传统刚性微电极相比较,所制备的柔性IDAM可承受一定程度的挤压折迭,并且能够完全贴敷于圆形曲面。以二茂铁甲醇(FMA)为检测对象,分别在单工作电极和双工作电极模式下对IDAM进行了电化学性能表征。由于产生电极和收集电极之间可发生独特的氧化还原循环过程,起到一种反馈增效的作用,IDAM能够有效增强电化学检测信号的强度。实验结果表明,柔性IDAM具备在狭窄弯曲空间条件下开展电化学检测的能力,这为下一步以柔性IDAM为基础构建可用于生物体内载体检测的微型生物传感器奠定了基础。
盛丽华[10]2016年在《复合纳米粒子的制备及其在生物传感器中的应用研究》文中提出电化学生物传感器由于具有操作简单、灵敏度高、线性范围宽等优点,在临床医学和现代生命科学等方面有着广泛的运用前景,其中电化学葡萄糖传感器和电化学免疫传感器在疾病的早期诊断和早期治疗都表现出了非常优异的性能,从而受到广大传感器研究者的高度关注。电化学传感器的性能主要取决于载体材料,设计并合成出生物相容性好的载体材料成为电化学传感器研究的关键。本论文主要从界面材料的合成着手,致力于研究出活性高、生物相容性好的载体材料,并将其运用到构建电化学传感器中,期望获得稳定性好、灵敏度高、易微型化的电化学葡萄糖传感器和电化学免疫传感器。主要内容包括以下四个部分:第一部分,介绍了纳米材料的功能及其在生物传感器中的应用,并对生物传感器的概念、分类、工作原理等相关内容进行了详细的阐述。第二部分,采用氧化共沉淀法制备出具有超顺磁性的四氧化叁铁粒子(Fe3O4NPs)并与聚乙烯亚胺(PEI)结合得到Fe3O4/PEI复合纳米粒子;再通过静电吸附作用结合纳米金(Au),获得了以四氧化叁铁(Fe3O4)为核PEI为壳,且壳层修饰纳米金的复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Au。利用复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Au负载葡萄糖氧化酶(GOx),构建了电化学葡萄糖传感器。采用扫描电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV)等仪器设备,对复合纳米粒子的形貌和结构特征进行了表征,结合综合电化学分析仪对传感器的综合性能进行了测试。根据热重分析(TG)可知,PEI在Fe3O4 NPs表面的包覆量为23.31%。从电化学分析仪检测的结果可知,传感器的响应时间为0.5 s,灵敏度达60.87μA mM-1cm-2,线性范围为0~10 mM。第叁部分,以磁性纳米粒子、聚乙烯亚胺(PEI)和金纳米为基底,制备出具有良好生物相容性的载体材料,并将其应用于葡萄糖传感器中。本章我们利用PEI含有的氨基(-NH2)与二茂铁衍生物(Fc)中的羧基(-COOH)进行席夫碱反应得到PEI/Fc复合物,并将其依次与磁性纳米粒子(Fe3O4)、金纳米(Au)进行结合,得到Fe3O4/PEI/Fc/Au复合纳米粒子。利用Fe3O4/PEI/Fc/Au复合纳米粒子负载GOx构建了电化学葡萄糖传感器。采用扫描电镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV)等仪器设备,对复合纳米粒子的形貌和结构特征进行了表征,并利用综合电化学分析仪对传感器的综合性能进行了表征。实验结果表明,传感器的响应时间为0.3 s,灵敏度达62.71μA mM-1cm-2,线性范围为0.09 mM。第四部分,利用复合纳米粒子Fe3O4/PEI/Fc/Au固载甲胎蛋白抗体(anti-AFP),并采用1%BSA作为封闭剂,得到Fe3O4/PEI/Fc/Au/anti-AFP/BSA复合纳米材料。最后再结合甲胎蛋白抗原(AFP),构建了特异性强、重现性好、稳定性好的电化学免疫传感器。采用了扫描电镜(SEM)、紫外分光光度计(UV)等仪器设备,对复合粒子的形貌和结构特征进行了一系列表征,并利用循环伏安法对免疫传感器的工作性能进行了表征。制备好的电化学免疫传感器保存20天后,其电流响应值标准偏差小于0.6%,说明传感器具备良好的稳定性。响应时间0.9 s,检测线为0.89 ng/mL。
参考文献：
[1]. 微型电化学传感器的研究及其在细胞分析中的应用[D]. 朱民. 华东师范大学. 2003
[2]. 基于电化学传感与液质联用技术的生物活性物质体内分析研究[D]. 宋永贵. 江西师范大学. 2017
[3]. 电化学传感器在生命科学中的应用研究[J]. 金利通. 化学传感器. 2001
[4]. 微型电化学生物传感器的设计及其在细胞生化参数检测中的应用研究[D]. 王君. 浙江大学. 2013
[5]. 基于微流控芯片的免疫传感器研究[D]. 王慧香. 复旦大学. 2008
[6]. 微型生物传感器及其在转基因植物生理实时监测中的应用研究[D]. 邹秋菊. 华中科技大学. 2007
[7]. 生命科学中的分析化学[C]. 佚名. 中国化学会第二十四届学术年会论文摘要集. 2004
[8]. 聚合物改性碳纳米管及其在催化、生物学领域的应用[D]. 郭贵全. 复旦大学. 2007
[9]. 几种生物传感器表面修饰技术研究及微型化制备初探[D]. 张迪. 南开大学. 2014
[10]. 复合纳米粒子的制备及其在生物传感器中的应用研究[D]. 盛丽华. 深圳大学. 2016
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