功能纳米材料的制备及生物传感应用

发布时间：2018-03-28 02:29

  本文选题：功能纳米材料　切入点：二氧化硅　出处：《东南大学》2015年博士论文

【摘要】：随着对生命本质与生命活动过程的研究不断深入,生物分子的灵敏、快速、准确分析检测对于获取生命过程中的重要信息、理解生物分子结构与功能之间的关系、阐述生命活动的机理以及对疾病的预警与治疗都具有十分重要的意义。本论文开展功能纳米材料的制备研究,发展生物分子检测新方法,主要研究内容与创新点如下：1.基于纳米抗体与纳米生物探针信号放大策略的降钙素原检测利用反相微乳法制备了粒径均一,分散性良好的二氧化硅包裹CdTe量子点的荧光纳米粒子(CdTe@Si02)。通过在纳米粒子表面共价修饰特异性识别降钙素原(PCT)的纳米抗体,制备功能化的纳米生物探针。进一步利用夹心免疫方法制得PCT电致化学发光免疫传感器。由于每个纳米粒子中包裹多个CdTe量子点,从而显著增加单元生物分子识别反应的信号分子负载量,提高了检测灵敏度,同时Si02外壳可有效保持内含量子点的光学性质,并防止了量子点的泄漏,提高了方法的稳定性。该方法具有宽的线性范围(0.01 ng mL-1到20 ng mL-1)、低的检测限(3.4 pg mL-1)、高的选择性及良好的稳定性。制得的纳米生物探针和纳米抗体具有很好的普适性,在生物分析中具有广阔的应用前景。2.定向光电化学免疫传感界面的构建及中性粒细胞明胶酶脂质运载蛋白的灵敏检测利用四氨基钴酞菁(CoPc)敏化的TiO2纳米粒子修饰电极,将链酶亲和素(SA)固定于该复合电极表面。纳米抗体的C端位于抗原识别区域的对位且不含有识别区域,对C端的功能修饰不会影响抗体的识别能力。将C端修饰有生物素的纳米抗体定向的固定在SA覆盖的复合电极表面,实现纳米抗体在电极表面的定向组装,并使抗体的识别位点暴露在敏感界面前端,从而具有更高的生物识别效率,构建高结合能力、高灵敏的免疫传感界面。CoPc敏化Ti02纳米粒子修饰电极表现出良好的光电响应,CoPc与Ti02之间构建了一个理想的“stepwise band-edge structure",有效地抑制了光激发后Ti02电子与空穴的复合,使电子快速的传递给电极。供电子体抗坏血酸的引入可捕获光电过程中所产生的空穴进一步提高所产生的光电流。基于该策略所制备的中性粒细胞明胶酶脂质运载蛋白(NGAL)光电化学传感器与传统抗体随机固定的方法相比具有较宽的线性范围(1 pg mL-1到500 ng mL-1)、低的检测限(0.6 pg mL-1)、高的选择性及良好的稳定性。同时,所使用的纳米抗体具有良好的热稳定性,有利于苛刻条件的检测应用。该方法可推广到其他的疾病标志物检测,具有潜在的临床应用价值。3.基于纳米抗体的载脂蛋白B-100阻抗免疫传感器构建利用聚乙烯亚胺(PEI)作为还原剂一步法制得PEI功能化的石墨烯片(PEI-RGO),并将其固定在玻碳电极表面,进一步通过共价连接将链酶亲和素(SA)固定在石墨烯表面,利用生物素化的功能纳米抗体与SA的亲和作用将载脂蛋白B-100 (ApoB-100)纳米抗体固定在电极表面,构建生物ApoB-100电化学传感器,通过电化学阻抗体法(EIS)免标记检测ApoB-100。石墨烯具有优异的生物相容性、导电性和大的比表面积,可增大生物分子负载量,提高生物传感器灵敏度,减少传感器的响应时间,对目标ApoB-100检测的线性范围为0.05 ng mL-1到5 ng mL-1,检测限为0.03 ng mL-1。该方法为生物分析和临床医学提供了一个简便、灵敏度高且特异性好的检测平台。4.荧光染料掺杂二氧化硅纳米粒子的制备及其细胞识别、细胞成像、胞内microRNA检测利用叠氮修饰的硅烷化试剂与炔基化修饰香豆素荧光染料进行点击反应,得到香豆素耦合的硅烷化试剂,并利用反相微乳法共水解得到香豆素掺杂的二氧化硅纳米粒子(FSiNPs),进一步,将AS1411适配体与分子信标(MB)共同修饰在FSiNPs表面得到纳米生物探针(FSiNPs-AS/MB),并用于特异性地细胞识别、示踪及microRNA (miRNA)的细胞内成像。所制备的FSiNPs具有均一的尺寸,良好的光稳定性及生物相容性。AS1411适配体与癌细胞表面过表达的核仁素具有很高的结合力,因此FSiNPs-AS/MB可以有效地特异性识别癌细胞进行细胞转染,同时可以原位地识别细胞内的miRNA。以MCF-7细胞中的miRNA-21作为模型,证明该纳米复合材料不仅可以特异性识别MCF-7细胞,同时可以完成对细胞示踪及miRNA的原位检测。该多功能纳米探针系统作为高灵敏的发光非病毒载体,在生物医学和临床总具有广阔的应用前景。5. Theranostics纳米探针构建及其细胞特异性识别、成像、microRNA-21检测及功能抑制应用构建细胞特异性theranostics纳米探针,以实现肿瘤细胞的特异性识别、转染、细胞示踪、对细胞内microRNA-21 (miRNA-21)的可视化检测及功能抑制,进而抑制肿瘤细胞生长。通过在Ru(bpy)32+掺杂的二氧化硅(FS)纳米粒子表面结合AS1411适配体与miRNA-21的分子信标(anti-miR-21-MB)制备得到纳米探针(FS-AS/MB)。FS纳米粒子通过一锅两步连续反相微乳法制备。所制备的FS纳米粒子具有均一的尺寸、良好的胶体稳定性、较低的毒性及较高的荧光效率(21%)。修饰在纳米粒子表面的抗生物淤积聚合物聚乙二醇(PEG)可有效地减少细胞非特异性的吸附。FS-AS/MB能够特异性地识别细胞表面富含核仁素的肿瘤细胞,并能利用自身的荧光进行示踪。同时,双硫键在细胞内部断裂,探针被有效地释放,用于对细胞内miRNA-21的可视化检测、功能抑制并有效抑制细胞生长。所构建的theranostics系统可以应用于其他癌症的可视化检测及其细胞内基因的功能抑制。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
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本文编号：1674375