基于双磷光纳米探针的比率法和时间分辨生物检测与成像

发布时间：2019-03-22 19:21

【摘要】：荧光显微成像因具有高的灵敏度和空间分辨率,已成为生物传感和成像中广泛应用的一种技术。但其仅能定性地反映生物体某处的荧光强度,且易受到激发功率、探针浓度和生物自发背景荧光的干扰,不能精确地获取生物体内的信息。与之相比,发光寿命不受浓度和激发功率等因素影响,因而基于寿命的时间分辨成像技术(寿命成像和时间门成像)在生物学研究中具有突出的优势。尤其是在复杂的生物环境中,长寿命的探针可通过时间分辨技术扣除短寿命的生物背景荧光的干扰,有效地提高信噪比且可以实现对细胞内重要分析物的定量检测。在几种重要的长寿命发光探针中,磷光过渡金属配合物因具有高的量子效率、良好的光稳定性、易调节的发射光谱和长的发光寿命(纳秒至微秒),已在生物传感和成像领域获得了广泛的关注。然而,有机染料固有的疏水性限制了其实际的生物应用。本论文中,我们以水分散性和生物相容性良好、光学透明且易功能化的硅球为模板,将长寿命的过渡金属配合物与其相结合,构建了双磷光硅纳米探针,通过比率法、时间分辨成像技术实现了其在纯水体系和活细胞中对重要的分析物,如阴离子(氟离子)、活性氧自由基(次氯酸根离子)和氧含量的检测。主要工作有:1、利用硅与氟元素之间强的亲和作用,我们设计合成了与氟离子特异性反应的黄光铱配合物Ir1。对氟离子不响应的蓝光铱配合物Ir2作为参比染料,掺杂在介孔纳米硅球中。再通过有机硅烷将Ir1共价嫁接到介孔硅球表面。从而构建了双磷光比率法氟离子纳米探针。这种基于反应型的氟离子探针响应速度很快(10 s),且在纯水体系和细胞内对氟离子有很高的选择性。此外,与基于单一强度变化的探针相比,我们设计的比率法探针可有效地降地外界环境因素的干扰,提高检测的准确性。且利用铱配合物长寿命的优势,我们利用寿命成像和时间门成像(TGL)技术,实现了其在活细胞中对氟离子的成像和传感。2、我们设计合成了粒径均匀,分散性良好的核壳结构纳米硅球,为构建比率法探针提供了简易有效的方案。该探针可以有效地保护核内的参比磷光染料不受氧气淬灭的影响,且介孔壳层大的比表面积确保了良好的传感效果。通过共价掺杂的方法,将对次氯酸不响应的参比蓝光配合物1掺杂在实心硅球中,对次氯酸响应的铱配合物2负载在介孔层的孔道中,从而合成了核壳结构的双磷光比率法次氯酸纳米探针。由于铱配合物2与次氯酸作用产生明显的磷光增强的效果,该探针具有很高的灵敏度。且结合比率法和时间分辨技术,实现了其在纯水体系和细胞中对次氯酸的检测和成像。3、基于核壳结构的纳米硅球,我们设计合成了对氧含量检测的双磷光纳米探针。本章汇总,荧光量子产率高且寿命短的罗丹明B为干扰荧光染料,我们证明了这种长寿命的双磷光纳米探针可通过时间分辨技术消除环境中强的背景荧光信号的干扰,可大大提高信噪比和检测的准确性。和基于强度的荧光成像相比,比率法和时间分辨成像技术可以大大降低环境因素及短寿命的背景荧光信号的干扰作用,提高了检测的准确性和灵敏度,且可实现对细胞内氧气含量的定量检测。
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【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3;TB383.1

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