仿生光电纳米传感界面的构建与应用
光电化学(PEC)过程是指在电化学的基础上以光作为信号激发源,以电流信号作为检测信号,来实现能量转换、检测分析和能量利用的技术手段.PEC传感体系的灵敏度因激发源和检测信号的形式不同得到提高.由于PEC生物分析方法诸如灵敏度高、选择性好、检测成本低等优点,使得它被广泛应用于临床分析、环境污染物监测等领域中.为了提高传感器的灵敏度,多种方法已经被开发出来,例如能量转移共振,敏化或共敏化结构等.在这些背景下,本论文致力于研发新型高灵敏的光电化学检测体系,实现对目标物的痕量检测.本论文将纳米材料、光电化学分析方法、适配体探针有机结合起来,围绕PEC生物分析的应用开展研究,主要内容如下:1、基于激子能量转移和敏化作用构建的双重信号放大型光电化学传感器实现对Hg2+的高灵敏和选择性检测基于CdS量子点(QDs)和Au纳米颗粒(NPs)之间的激子能量转移(EET)与信号放大元素罗丹明123(Rh123)开发出具有高选择性和灵敏度Hg2+检测的PEC生物传感器.通过将CdS QDs沉积在ITO/TiO2电极上得到TiO2/CdS杂化结构,并将其作为基底用来固定探针DNA (pDNA).之后,Rh123被引入到pDNA的末端来实现对该PEC生物传感器的敏化.标记了Au NPs的目标DNA (Au-tDNA)与pDNA杂交配对,CdS QDs与Au NPs之间发生的EET会导致光电流的显著降低.该生物传感器对Hg2+的检测是基于与Hg2+孵育后pDNA的构型变化来实现的.当没有Hg2+存在时,由于双链DNA的刚性,使得Rh123远离电极表面,导致其敏化作用较弱;而且因为CdS QDs和AuNPs之间的激子能量转移,使得光电流有显著的降低.但是,当Hg2+时,DNA的双螺旋结构被破坏,使得CdS QDs和AuNPs之间的能量转移被破坏,光电流强度恢复;而且pDNA的构型变化会使得Rh123靠近电极表面,导致敏化作用的增强,从而使得光电流强度有明显的增加.该PEC生物传感器的灵敏度因双重信号放大结构而得到提高,对Hg2+检测的线性范围为10 fM到200 nM,检测限为3.3fM.这种方法也为其他重金属离子的超低浓度检测提供了一种有效的思路.2、基于MoS2-CdS:Mn纳米复合物和敏化效应构建了高灵敏Pb2+检测的光电化学适配体传感体系基于MoS2-CdS:Mn纳米复合物(NCs)和敏化结构构建了一个用于Pb2+灵敏检测的PEC传感体系.MoS2-CdS:Mn NCs是在超声得到的MoS2纳米片水溶液中制备的.首先,MoS2-CdS:Mn NCs被滴加在电极上,待其成膜干燥后将其作为PEC传感器的基底材料.之后,适配体(pDNA)通过EDC催化的耦合反应固定在pDNA末端.然后,目标DNA和作为敏化物质的CdTe-NH2 QDs被一步步修饰至电极上.该PEC生物传感器对pb2+的检测是基于与pb2+孵育后的pDNA构型变化而得到的.在没有pb2+存在时,作为敏化剂的CdTe-NH2 QDs由于双链的刚性远离电极表面,导致传感体系的光电流较低.而在Pb2+存在时,双链因pDNA与Pb2+亲和性弯曲形成G四联体,导致敏化剂CdTe-NH2 QDs靠近电极表面,敏化作用得到增强,体系光电流增加.该PEC生物传感器的灵敏度由于MoS2-CdS:Mn NCs和CdTe-NH2 QDs的敏化作用而增强,对Pb2+检测的线性范围可达50fM-100nM,检测限可达16.7fM.
- 作者：
- 赵明
- 学位授予单位：
- 安徽理工大学
- 专业名称：
- 应用化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 石建军
- 中图分类号：
- O657.3
- 关键词：
- 光电化学；TiO2/CdS杂化结构；激子能量转移；敏化作用；双重信号放大；Hg2+检测；MoS2-CdS:Mn纳米复合物；适配体传感；CdTe-NH2量子点；Pb2+检测
- photoelectrochemical； TiO2/CdS hybrid structure； exciton energy transfer； sensitization effect； dual signal amplification； Hg2+ detection； MoS2-CdS:Mn nanocomposites； aptasensor； CdTe-NH2 QDs； Pb2+ detection