基本信息
- 项目名称：
- 基于硫化铅量子点和金纳米颗粒的可卡因适体传感器的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文研制了一种新型可卡因适体传感器。将所合成的PbS量子点修饰在电极上，利用PbS与巯基之间的键和作用，将巯基化的与可卡因适体互补的DNA固定到电极上再与金纳米颗粒标记的可卡因适体杂交。当可卡因适体与可卡因结合时，会导致适体从电极上脱离下来，其催化H2O2的还原电流减少，实现对可卡因的检测。该传感器响应迅速，灵敏，稳定，线性范围为1.0-100 nmol/L，检测下限为0.3nmol/L。
- 详细介绍：
- 可卡因是从古柯树叶中提取的一种生物碱，属于中枢神经系统兴奋剂，也是当今世界泛滥最广的毒品之一，长期服用可卡因会损害身心健康，使人焦虑不安，产生幻觉、暴力以及反社会倾向，严重危害人体健康和社会稳定，因此，建立快速、方便、高灵敏度的检测可卡因的方法和传感器具有重要的意义。常用的检测可卡因的分析方法有高效毛细管电泳法，高效液相色谱法，薄层色谱法，气相色谱/质谱分析和酶联免疫分析法(Immunoassay)等。色谱仪器比较昂贵。免疫分析由于抗体的合成需要依赖于细胞或动物，需要考虑免疫的耐受问题、修饰和储存条件等，限制了免疫分析的进一步发展。适体是一类由SELEX筛选技术（指数富集配基系统进化技术）筛选产生的寡核苷酸片段，它对蛋白质或有机小分子具有高度的特异性和亲和性，还具有较小的分子结构与定向固定等特点，适体不仅具有抗体的优点，而且还弥补了抗体的不足，在传感器检测蛋白质或小分子药物的研究中显示了良好的应用价值。量子点(quantum dots) 是一种由II族-VI族或III族-V族元素组成的纳米颗粒,粒径一般小于10nm，又称“半导体纳米微晶”。自1998年A. P. Alivisatos和S. M. Nie研究小组首次提出量子点作为生物荧光标记，并用不同方法对量子点表面进行了修饰，引起了量子点的研究热潮。量子点具有很多特性和功能，其表面具有很高的活性，对纳米微粒的光学、光化学、电学及非线性光学性质等具有重要影响。本文采用水热法合成了硫化铅量子点并将其修饰到电极上。利用PbS与巯基之间的强烈的键和作用，直接将所合成的带巯基的与可卡因适体互补的DNA固定到电极上，再与纳米金标记的可卡因适体杂交结合研制了可卡因适体传感器用于可卡因的检测。在传感器表面进行可卡因置换反应后，可卡因适体从电极上脱离下来。随着可卡因浓度的增加，脱落的金纳米颗粒的量增加，其催化H2O2的电流减少，实现对可卡因的检测。该传感器制备方法简单，而且响应信号明显增强。用于临床样品分析，结果令人满意。该法所需设备简单、成本低廉。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 可卡因是当今世界泛滥最广的毒品之一，长期服用严重危害人体健康和社会稳定。因此，建立快速、方便、高灵敏度的检测可卡因的方法和传感器具有重要的意义。我们拟利用PbS与巯基之间的强烈的键和作用，直接将所合成的带巯基的与可卡因适体互补的DNA固定到电极上，将纳米金颗粒标记在可卡因适体作为示踪物检测可卡因，再根据金纳米颗粒对过氧化氢的催化电流值与可卡因浓度成反比的关系，实现对可卡因的定量测定。
科学性、先进性及独特之处
- 1.适体是一类由指数富集配基系统进化技术筛选的DNA片段，它对目标物（如可卡因）具有高度的特异性和亲和性。利用可卡因适体构建传感器检测可卡因，选择性好，稳定性高。 2.首次利用硫化铅量子点与巯基之间的强烈的键和作用制备传感器，方法简单。 3.利用标记在适体上的金纳米颗粒对H2O2的直接催化作用，通过检测其还原电流实现对可卡因的测定，避免了采用酶标记物所带来的不稳定性。
应用价值和现实意义
- 常用的检测可卡因的分析方法有高效毛细管电泳法，高效液相色谱法， 薄层色谱法，核磁共振、气相色谱/质谱分析和酶联免疫分析法(Immunoassay)等。色谱仪器比较昂贵。免疫分析由于抗体的合成需要依赖于细胞或动物，需要考虑免疫的耐受问题、修饰和储存条件等，限制了免疫分析的进一步发展。该作品所研制的可卡因适体传感器制备方法简单，已用于临床样品分析，结果令人满意。该法所需设备简单、成本低廉。
学术论文摘要
- 本文研制了一种新型的用于快速测定可卡因的适体传感器。采用水热法合成了硫化铅量子点，将其与壳聚糖混合后修饰在玻碳电极上，利用PbS与巯基之间的强烈的键和作用，直接将所合成的带巯基的与可卡因适体互补的DNA固定到电极上，将金纳米颗粒标记在可卡因适体作为示踪物检测可卡因。该适体传感器与不同浓度的可卡因培育时，可卡因适体与可卡因发生特异性结合，致使可卡因适体从电极上脱离下来。随着可卡因浓度的增加，脱落的金纳米颗粒的量增加，其催化H2O2的电流减少，实现对可卡因的检测。考察了适体传感器的电化学特性，同时也研究了测试液pH值、培育时间等实验条件对传感器性能的影响。通过扫描电镜观察了量子点的形貌。该传感器在可卡因浓度为1.0-100 nmol/L的范围内有良好的线性关系，检测下限为0.3nmol/L。实验结果表明，该适体传感器响应迅速，灵敏度高，具有良好的重现性和稳定性。
获奖情况
- 1.已投往国内核心期刊《化学研究与应用》。 2.获2011年我省高校青年学术科技节二等奖 3.获2010年我校课外科技作品竞赛一等奖。
鉴定结果
- 尚未鉴定
参考文献
- [1]夏瑞 、马红霞等，可卡因毒性研究，现代预防医学, 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
同类课题研究水平概述
- 电化学适体传感器，凭借其高灵敏性和简单实用性，在蛋白质与小分子检测方面具有巨大的应用前景。它一般分为标记型和非标记型适体传感器，根据标记物的不同分为量子点标记(CdS, PbS)，小分子标记(亚甲蓝、二茂铁)，酶标记(葡萄糖脱氢酶)等[1]。大部分标记型的电化学适体传感器均把电活性物质标记的适体固定于电极表面，与目标分子结合后，因构象改变了电极与电活性物质间的距离，从而使电化学信号也跟着改变，以达到检测的目的。 Baker等人[2]报道了以亚甲蓝为标记物的适体电化学传感器用于检测可卡因。该传感器对可卡因的检出限为10 μmol/L。与传统检测方法相比，该传感器可以实时、快速检测复杂样品，如：血液、唾液中的可卡因。Zhang [3]小组也设计了一种以二茂铁为标记物的适体传感器，此传感器检测最大特点是将固定适体的金纳米颗粒自组装到金电极表面以达到增强信号的目的，其检测限为25 μmol/L。灵敏度还不能满足临床测定的需要。因此，急需研制高灵敏度的可卡因适体传感器。到目前为止，尚未见将量子点直接用于固定适体以及采用金纳米颗粒为标记物制备适体传感器的报道。 [1]漆红兰, 申丽华, 李晓霞等. 适体电化学生物传感器研究进展[J]. 传感器与微系统, 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.
