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刺激響應性水凝膠是一種能夠?qū)ν獠看碳ぷ龀鲰憫闹悄懿牧??；谀z－ 溶膠的相轉(zhuǎn)變， 已開發(fā)了多種檢測方法， 但這些方法通常存在操作步驟復雜、需要依賴于大型儀器設備和專業(yè)技術人員等問題。便攜式傳感器是一種操作簡單、成本低廉的定量設備，極大地滿足了即時檢測（POCT） 的需求。鑒于此， 本論文旨在以刺激響應性水凝膠輔助構(gòu)建便攜式生物傳感器， 并提出多信號輸出方式以提高檢測結(jié)果的準確性， 為開發(fā)適用于POCT的便攜式生物傳感器提供了新的方法和思路。論文主要分為以下四個部分：
第一章首先簡介了水凝膠的概念及分類， 重點介紹了刺激響應性水凝膠的分類與應用， 然后綜述了便攜式傳感器在國內(nèi)外的研究進展， 主要介紹其信號輸出方式及應用領域。在此基礎上提出了本論文的選題思路。
第二章構(gòu)建了一種海藻酸銅（Cu-Alg） 水凝膠介導的紙基比距傳感器， 根據(jù)凝膠-溶膠相轉(zhuǎn)變過程中的粘度變化導致體系在ｐＨ 試紙上流動距離的差異， 進而實現(xiàn)檢測堿性磷酸酶（ALP） 和甲胎蛋白（AFP） 。利用Cu-Alg水凝膠對焦磷酸根（PPi）的響應性以及ALP對PPi的水解作用實現(xiàn)了對ＡＬ Ｐ 的檢測， 檢測限（LOD） 為1.7mU／ml。在此基礎上， 以ALP為標記酶， 構(gòu)筑了一種以距離為讀出信號的紙基免疫傳感器， 用于檢測AFP ，檢測限為0.8ng／ml 。該傳感器還成功檢測了實際樣品（人血清） 中的ALP和AFP，在相關疾病的早期臨床診斷和病理研究等方面具有廣闊的應用前景。
第三章以包埋生物酶和３，3‘，５，5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）的明膠水凝膠輔助構(gòu)建了一種多模式（ 顏色、溫度和距離三種信號輸出） 便攜式傳感器， 用于快速靈敏地檢測葡萄糖。將辣根過氧化物酶（HRP） 、葡萄糖氧化酶（GOx） 和TMB 包埋到明膠水凝膠中。當葡萄糖存在時， 產(chǎn)生的oxTMB具有藍色信號和光熱效應， 此時葡萄糖的濃度與反應體系的顏色和溫度信號之間分別建立對應關系， 據(jù)此可以實現(xiàn)檢測葡萄糖， 其檢測限分別為1.3μm和1.5μm。此外， 基于明膠的溫度響應和凝膠－ 溶膠相轉(zhuǎn)變等特性， 將反應體系的溫度信號與其在pH試紙上的流動距離建立對應關系， 由此也可以檢測葡萄糖，檢測限為1.6pM ，接近于通過顏色信號和溫度信號得到的檢測限。該多模式便攜式生物傳感器具有特異性高、輸出模式多樣化等優(yōu)點， 對于糖尿病的早期診斷與家庭護理具有潛在的應用價值。
第四章基于二氧化錳納米花（ MnO2 NFs） 和明膠水凝膠開發(fā)了一種多模式（ 顏色、溫度和距離三種信號輸出） 的便攜式免疫傳感器， 用于檢測癌胚抗原（CEA） 。該傳感器將捕獲抗體固定在紙基底上， 并先后與CEA和MnO2 NFs標記的檢測抗體相結(jié)合形成夾心式復合物。MnO2 NFs 催化TMB產(chǎn)生的oxTMB不僅能夠產(chǎn)生顏色信號還具有光熱效應， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)基于顏色和溫度信號來檢測CEA。此外， 將明膠水凝膠與該體系相結(jié)合， 由于明膠的溫度響應性及凝膠－溶膠相轉(zhuǎn)變導致其在pH試紙上產(chǎn)生一段水流距離， 進而也可以實現(xiàn)對CEA 的檢測。基于這三種信號得到的檢測限比較接近， 分別為1.4ng／ml 、1.5ng／ml 和2.5ng／ml 。采用該策略所構(gòu)筑的生物傳感器不僅制備步驟簡單、成本低廉、三種信號相互補充， 并且可以通過MnO2 NFs 修飾不同的檢測抗體， 為目標物的檢測提供一種通用的方法。
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