基本信息
- 項目名稱：
- 基于硫化鉛量子點和金納米顆粒的可卡因適體傳感器的研制
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本文研制了一種新型可卡因適體傳感器。將所合成的PbS量子點修飾在電極上，利用PbS與巰基之間的鍵和作用，將巰基化的與可卡因適體互補的DNA固定到電極上再與金納米顆粒標記的可卡因適體雜交。當可卡因適體與可卡因結(jié)合時，會導致適體從電極上脫離下來，其催化H2O2的還原電流減少，實現(xiàn)對可卡因的檢測。該傳感器響應迅速，靈敏，穩(wěn)定，線性范圍為1.0-100 nmol/L，檢測下限為0.3nmol/L。
- 詳細介紹：
- 可卡因是從古柯樹葉中提取的一種生物堿，屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮劑，也是當今世界泛濫最廣的毒品之一，長期服用可卡因會損害身心健康，使人焦慮不安，產(chǎn)生幻覺、暴力以及反社會傾向，嚴重危害人體健康和社會穩(wěn)定，因此，建立快速、方便、高靈敏度的檢測可卡因的方法和傳感器具有重要的意義。常用的檢測可卡因的分析方法有高效毛細管電泳法，高效液相色譜法，薄層色譜法，氣相色譜/質(zhì)譜分析和酶聯(lián)免疫分析法(Immunoassay)等。色譜儀器比較昂貴。免疫分析由于抗體的合成需要依賴于細胞或動物，需要考慮免疫的耐受問題、修飾和儲存條件等，限制了免疫分析的進一步發(fā)展。適體是一類由SELEX篩選技術(shù)（指數(shù)富集配基系統(tǒng)進化技術(shù)）篩選產(chǎn)生的寡核苷酸片段，它對蛋白質(zhì)或有機小分子具有高度的特異性和親和性，還具有較小的分子結(jié)構(gòu)與定向固定等特點，適體不僅具有抗體的優(yōu)點，而且還彌補了抗體的不足，在傳感器檢測蛋白質(zhì)或小分子藥物的研究中顯示了良好的應用價值。量子點(quantum dots) 是一種由II族-VI族或III族-V族元素組成的納米顆粒,粒徑一般小于10nm，又稱“半導體納米微晶”。自1998年A. P. Alivisatos和S. M. Nie研究小組首次提出量子點作為生物熒光標記，并用不同方法對量子點表面進行了修飾，引起了量子點的研究熱潮。量子點具有很多特性和功能，其表面具有很高的活性，對納米微粒的光學、光化學、電學及非線性光學性質(zhì)等具有重要影響。本文采用水熱法合成了硫化鉛量子點并將其修飾到電極上。利用PbS與巰基之間的強烈的鍵和作用，直接將所合成的帶巰基的與可卡因適體互補的DNA固定到電極上，再與納米金標記的可卡因適體雜交結(jié)合研制了可卡因適體傳感器用于可卡因的檢測。在傳感器表面進行可卡因置換反應后，可卡因適體從電極上脫離下來。隨著可卡因濃度的增加，脫落的金納米顆粒的量增加，其催化H2O2的電流減少，實現(xiàn)對可卡因的檢測。該傳感器制備方法簡單，而且響應信號明顯增強。用于臨床樣品分析，結(jié)果令人滿意。該法所需設(shè)備簡單、成本低廉。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 可卡因是當今世界泛濫最廣的毒品之一，長期服用嚴重危害人體健康和社會穩(wěn)定。因此，建立快速、方便、高靈敏度的檢測可卡因的方法和傳感器具有重要的意義。我們擬利用PbS與巰基之間的強烈的鍵和作用，直接將所合成的帶巰基的與可卡因適體互補的DNA固定到電極上，將納米金顆粒標記在可卡因適體作為示蹤物檢測可卡因，再根據(jù)金納米顆粒對過氧化氫的催化電流值與可卡因濃度成反比的關(guān)系，實現(xiàn)對可卡因的定量測定。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.適體是一類由指數(shù)富集配基系統(tǒng)進化技術(shù)篩選的DNA片段，它對目標物（如可卡因）具有高度的特異性和親和性。利用可卡因適體構(gòu)建傳感器檢測可卡因，選擇性好，穩(wěn)定性高。 2.首次利用硫化鉛量子點與巰基之間的強烈的鍵和作用制備傳感器，方法簡單。 3.利用標記在適體上的金納米顆粒對H2O2的直接催化作用，通過檢測其還原電流實現(xiàn)對可卡因的測定，避免了采用酶標記物所帶來的不穩(wěn)定性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 常用的檢測可卡因的分析方法有高效毛細管電泳法，高效液相色譜法， 薄層色譜法，核磁共振、氣相色譜/質(zhì)譜分析和酶聯(lián)免疫分析法(Immunoassay)等。色譜儀器比較昂貴。免疫分析由于抗體的合成需要依賴于細胞或動物，需要考慮免疫的耐受問題、修飾和儲存條件等，限制了免疫分析的進一步發(fā)展。該作品所研制的可卡因適體傳感器制備方法簡單，已用于臨床樣品分析，結(jié)果令人滿意。該法所需設(shè)備簡單、成本低廉。
學術(shù)論文摘要
- 本文研制了一種新型的用于快速測定可卡因的適體傳感器。采用水熱法合成了硫化鉛量子點，將其與殼聚糖混合后修飾在玻碳電極上，利用PbS與巰基之間的強烈的鍵和作用，直接將所合成的帶巰基的與可卡因適體互補的DNA固定到電極上，將金納米顆粒標記在可卡因適體作為示蹤物檢測可卡因。該適體傳感器與不同濃度的可卡因培育時，可卡因適體與可卡因發(fā)生特異性結(jié)合，致使可卡因適體從電極上脫離下來。隨著可卡因濃度的增加，脫落的金納米顆粒的量增加，其催化H2O2的電流減少，實現(xiàn)對可卡因的檢測。考察了適體傳感器的電化學特性，同時也研究了測試液pH值、培育時間等實驗條件對傳感器性能的影響。通過掃描電鏡觀察了量子點的形貌。該傳感器在可卡因濃度為1.0-100 nmol/L的范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，檢測下限為0.3nmol/L。實驗結(jié)果表明，該適體傳感器響應迅速，靈敏度高，具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
獲獎情況
- 1.已投往國內(nèi)核心期刊《化學研究與應用》。 2.獲2011年我省高校青年學術(shù)科技節(jié)二等獎 3.獲2010年我校課外科技作品競賽一等獎。
鑒定結(jié)果
- 尚未鑒定
參考文獻
- [1]夏瑞 、馬紅霞等，可卡因毒性研究，現(xiàn)代預防醫(yī)學, 2007(11): 2091-2093. [2] Baker B R., Lai RY., McCall S W. et al. An Electronic, Aptamer-Based Small- Molecule Sensor for the Rapid, Label- Free Detection of Cocaine in Adulterated Samples and Biological Fluids.J.Am. Chem. Soc., 2006, 128(10):3138-3139. [3]Li X X., Qi H. L., Zhang C X., et al. Electrochemical Aptasensor for the Determination of Cocaine Incorporating Gold Nanoparticles Modification. Electroanal., 2008, 13(20):1475-1482. [4] Song S P., Wang L H., Zhao J L., et al. Trends in Anal. Chem., 2008, 27(2): 108-117. [5]Marcel B J,Mario M,Alivisatos A P,et al.Science,1998,281(5385 ):2013-2015 [6] W. C. W. Chan and S. M. Nie,Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic detection. Science，1998, 281（5385）： 2016-2018. [7] Y.Li, H .L. Qi, C.X. Zhang, et al .Electrochem. Commun., 2007, 9(10): 2571-2575. [8] Kongcheng Hu, Ping Liu, Sujuan Ye, Shusheng Zhang. Biosen. Bioelectron. 2009, 24( 10 ): 3113–3119
同類課題研究水平概述
- 電化學適體傳感器，憑借其高靈敏性和簡單實用性，在蛋白質(zhì)與小分子檢測方面具有巨大的應用前景。它一般分為標記型和非標記型適體傳感器，根據(jù)標記物的不同分為量子點標記(CdS, PbS)，小分子標記(亞甲藍、二茂鐵)，酶標記(葡萄糖脫氫酶)等[1]。大部分標記型的電化學適體傳感器均把電活性物質(zhì)標記的適體固定于電極表面，與目標分子結(jié)合后，因構(gòu)象改變了電極與電活性物質(zhì)間的距離，從而使電化學信號也跟著改變，以達到檢測的目的。 Baker等人[2]報道了以亞甲藍為標記物的適體電化學傳感器用于檢測可卡因。該傳感器對可卡因的檢出限為10 μmol/L。與傳統(tǒng)檢測方法相比，該傳感器可以實時、快速檢測復雜樣品，如：血液、唾液中的可卡因。Zhang [3]小組也設(shè)計了一種以二茂鐵為標記物的適體傳感器，此傳感器檢測最大特點是將固定適體的金納米顆粒自組裝到金電極表面以達到增強信號的目的，其檢測限為25 μmol/L。靈敏度還不能滿足臨床測定的需要。因此，急需研制高靈敏度的可卡因適體傳感器。到目前為止，尚未見將量子點直接用于固定適體以及采用金納米顆粒為標記物制備適體傳感器的報道。 [1]漆紅蘭, 申麗華, 李曉霞等. 適體電化學生物傳感器研究進展[J]. 傳感器與微系統(tǒng), 2007, 26(12): 8-11. [2] Baker B R., Lai RY., McCall S W. et al. An electronic, aptamer based small-molecule sensor for the rapid, label-free detection of cocaine in adulterated samples and biological fluids [J]. Journal American Chemical Society, 2006 (128):3138-3139. [3] Zhang C X., Li X X., Qi H. L. et al. Electrochemical aptasensor for the determination of cocaine incorporating gold nanoparticles modification[J]. Electroanalysis, 2008, 13(20):1475-1482.
