几种稀土上转换荧光生物传感器的构建和应用

发布时间：2018-07-24 17:17

【摘要】：近年来,稀土上转换荧光纳米材料以其荧光效率高、化学稳定性好、分辨率高等优良性能,引起了人们的广泛关注,尤其是在生物标记、药物治疗方面有着独特的优势。与传统的荧光标记材料相比具有很多独特的优点,例如在近红外光激发下具有组织穿透能力深、对生物组织无损伤、近乎零背景荧光干扰、检测灵敏度高等。本论文是基于上转换纳米材料的优异性质,利用水热法合成并设计了一系列操作简单、灵敏度高、成本低、选择性好的生物传感器用于生物分子及农药的检测,主要内容如下:1、构建了基于带正电荷的NaYF4:Yb,Er上转换纳米粒子(UCNPs)作为供体和带负电荷的纳米金(AuNPs)作为受体的新型无标记上转换-荧光共振能量转移(UC-FRET)生物传感器,实现了鱼精蛋白和肝素的超灵敏检测。AuNPs通过静电作用吸附到UCNPs的表面使上转换的荧光显著猝灭。当鱼精蛋白加入到UCNPs和AuNPs的混合物中,由于鱼精蛋白和AuNPs强的吸附作用使UCNPs和AuNPs之间的荧光共振能量转移(FRET)作用被解除,导致UCNPs荧光恢复。当鱼精蛋白和肝素同时加入时,由于鱼精蛋白和肝素特异性结合的能力比与AuNPs的结合能力强,从而使AuNPs继续吸附在在UCNPs表面而产生FRET,导致UCNPs的荧光猝灭。鱼精蛋白和肝素的浓度与UCNPs的荧光变化成比例关系。鱼精蛋白与肝素的检出限分别是0.0067μg/mL和0.0007μg/mL。同时,该传感器可以实现在血清中测定鱼精蛋白和肝素,表明这种生物传感器能应用于复杂生物样品的检测。2、构建了一种基于NaYF4:Yb,Er上转换纳米材料(UCNPs)作为供体和纳米金(Au NPs)作为受体的新型无标记荧光共振能量转移(FRET)生物传感器超灵敏检测有机磷农药。AuNPs通过静电作用吸附到UCNPs的表面使UCNPs的荧光显著猝灭。乙酰胆碱酯酶(AChE)催化硫代乙酰胆碱(ATC)水解成硫代胆碱,硫代胆碱能诱导AuNPs的聚集,因而不能猝灭UCNPs的荧光。当存在有机磷农药时,它能抑制AChE的活性,阻止硫代胆碱的产生,使得AuNPs保持分散状态而产生FRET,从而导致UCNPs的荧光猝灭。有机磷农药对乙酰胆碱酯酶活性的抑制效率可以通过测量UCNPs的荧光变化实现。在最佳的实验条件下,农药浓度的对数与UCNPs的荧光变化成比例关系。甲基对硫磷和久效磷、乐果最低检出限分别为0.67,23.00和67.00 ng/L。同时,该生物传感器能应用于食物样品中农残的检测。3、构建了一种基于NaYF4:Yb3+,Tm3+上转换纳米粒子(UCNPs)检测尿酸(UA)的荧光方法。尿酸氧化酶能够氧化尿酸生成尿囊素和过氧化氢(H2O2),H2O2在HRP存在的条件下继续氧化邻苯二胺(OPD)生成氧化的OPD(oxOPD)。ox OPD通过内滤效应(IFE)使UCNPs的荧光显著猝灭。在最佳的实验条件下,UA的浓度和UCNPs荧光强度的变化呈比例关系。尿酸的浓度线性响应范围是20-850μΜ,检出限是6.7μΜ。更重要的是,这种方法成功实现了人血清和尿样中尿酸的测定。
[Abstract]:In recent years, due to its high fluorescence efficiency, good chemical stability, high resolution and other excellent properties, rare earth up-conversion fluorescent nanomaterials have attracted wide attention, especially in biomarkers and drug therapy. Compared with the traditional fluorescent labeling materials, it has many unique advantages, such as deep tissue penetration, no damage to biological tissues, near zero background fluorescence interference, high detection sensitivity and so on. Based on the excellent properties of up-conversion nanomaterials, a series of biosensors with simple operation, high sensitivity, low cost and good selectivity were synthesized and designed by hydrothermal method for the detection of biomolecules and pesticides. The main contents are as follows: 1. A novel unlabeled up-conversion fluorescence resonance energy transfer (UC-FRET) biosensor based on the positively charged NaYF4: YbEr up-conversion nanoparticles (UCNPs) as donor and the negatively charged nanocrystalline gold (AuNPs) as the receptor was constructed. The hypersensitive detection of protamine and heparin. AuNPs were adsorbed to the surface of UCNPs by electrostatic interaction and the fluorescence quenching of up-conversion was observed. When protamine was added to the mixture of UCNPs and AuNPs, the fluorescence resonance energy transfer of (FRET) between UCNPs and AuNPs was removed due to the strong adsorption of protamine and AuNPs, which led to the recovery of UCNPs fluorescence. When protamine and heparin were added at the same time, the binding ability of protamine and heparin was stronger than that of AuNPs, so that AuNPs continued to be adsorbed on the surface of UCNPs to produce fret, which resulted in fluorescence quenching of UCNPs. The concentration of protamine and heparin was proportional to the fluorescence change of UCNPs. The detection limits of protamine and heparin were 0.0067 渭 g/mL and 0.0007 渭 g / mL, respectively. At the same time, the sensor can be used to determine protamine and heparin in serum. It shows that this biosensor can be applied to the detection of complex biological samples. A novel unlabeled fluorescence resonance energy transfer (FRET) organism based on NaYF4: YbEr up-conversion nano-material (UCNPs) as donor and nanocrystalline gold (Au NPs) as receptor has been constructed. The biosensor for the detection of organophosphorus pesticide. AuNPs was adsorbed to the surface of UCNPs by electrostatic interaction. The fluorescence of UCNPs was significantly quenched by the sensor. Acetylcholinesterase (AChE) catalyzes the hydrolysis of thioacetylcholine (ATC) to thiocholine, which can induce the aggregation of AuNPs, so it can not quench the fluorescence of UCNPs. In the presence of organophosphorus pesticides, it can inhibit the activity of AChE, prevent the production of choline thioate, keep AuNPs dispersed and produce fret, which leads to the fluorescence quenching of UCNPs. The inhibition efficiency of organophosphorus pesticides on acetylcholinesterase activity can be achieved by measuring the fluorescence changes of UCNPs. Under the optimum experimental conditions, the logarithm of pesticide concentration was proportional to the fluorescence change of UCNPs. The lowest detection limits of methyl parathion and monocrotophos were 0.67ng / L and 67.00 ng / L respectively. At the same time, the biosensor can be applied to the detection of agricultural residues in food samples. A fluorescence method for detection of uric acid (UA) based on NaYF4:Yb3 Tm3 upconversion nanoparticles (UCNPs) was constructed. Uric acid oxidase can oxidize allantoin and hydrogen peroxide (H2O2) H _ 2O _ 2 in the presence of HRP to further oxidize o-phenylenediamine (OPD) to oxidize OPD (oxOPD). Ox OPD can significantly quench UCNPs fluorescence through internal filtration effect (IFE). Under the optimum experimental conditions, the concentration of UA is proportional to the change of UCNPs fluorescence intensity. The linear response range of uric acid concentration is 20-850 渭 and the detection limit is 6.7 渭. More importantly, this method has successfully achieved the determination of uric acid in human serum and urine samples.
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TP212

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本文编号：2142088