无镉型半导体量子点荧光探针的设计与成像分析

发布时间：2020-04-17 21:14

【摘要】：量子点(QDs)具有光谱范围广、发光效率高、生物相容性好、易于进行表面修饰等特性,因而成为构建新型纳米荧光探针的理想材料。传统半导体量子点(SQDs)多为油相合成,且含有毒副作用较大的Cd或Pb等元素。为了克服这些不足之处,无镉量子点的研究受到愈来愈多研究者的关注。无镉量子点不仅避免了使用毒副作用较大的金属元素,而且具有更好的生物相容性,可以直接用于环境检测、免疫分析、生物成像、药物示踪和生物分子标记等。因此,针对不同被测物对探针进行设计修饰,提高检测特异性和灵敏度,开发出新的、水溶性、绿色的纳米荧光探针具有重要意义。本论文简要概述了SQDs的性质、合成方法,以及纳米荧光探针的构建机理,并利用荧光猝灭法构建了几种高性能的水溶性纳米荧光探针,具体研究工作主要包括四个方面:(1)多巴胺功能化的Mn掺杂ZnS量子点(Mn:ZnS QDs)对血清中酪氨酸酶的检测及荧光成像分析。巯基丙酸包覆的Mn:ZnS QDs表面有大量的羧基,经EDC/NHS活化后,可以与多巴胺上的胺基发生缩合反应,以使多巴胺修饰到量子点的表面。酪氨酸酶可以将多巴胺催化氧化成多巴醌,由于粒子间的光诱导电子转移(PET)现象,使得纳米探针的荧光发生猝灭,从而定量检测酪氨酸酶的活性,检测结果在18-360 U L~(-1)范围内线性关系良好,方法检测限为1.82 U L~(-1)。人血清实际样品的加标回收率在88.0-99.9%,实验结果令人满意。此外,经过实验验证,该方法亦可对酪氨酸酶抑制剂进行初筛。酪氨酸酶是黑色素瘤诊断中的生物标记物,因此我们所构建的这种纳米荧光探针,在黑色素瘤、老年斑、白癜风等疾病的诊断和药物开发中具有很重要的作用。(2)基于Mn掺杂ZnS量子点构建了双发射型纳米荧光探针,实现对铅离子和甲基对硫磷的快速检测。我们通过水热法合成水溶性双发射型Mn:ZnS QDs,Mn:ZnS QDs的双发射峰分别位于585 nm和450 nm波长处,且F_(450)/F_(585)与铅离子浓度在10 nmol L~(-1)至60 nmol L~(-1)范围内呈现良好的线性关系,铅离子的检测限为0.5 nmol L~(-1),由此构建一种比率型荧光探针用于检测实际样品中的铅离子。再通过Mn:ZnS QDs与Pb~(2+)构建一种增强(“turn-on”)型荧光探针对有机磷农药进行检测。有机磷农药在有机磷水解酶的作用下水解生成二甲基硫代磷酸(DMPA),DMPA会与铅离子产生更强的结合,致使Pb~(2+)离开量子点表面,让量子点荧光恢复,F_(450)荧光强度与甲基对硫磷在0.19?mol L~(-1)至0.95?mol L~(-1)范围内线性关系良好,检测限为0.02?mol L~(-1)。该方法应用于实际样品测定,其加标回收率在82.7%至99.1%范围内,相对标准偏差小于3.0%。该方法的检测限低于美国环境保护局及中国国家食品标准中的规定。(3)基于水溶性CuInS/ZnS QDs(CIS/ZnS QDs)荧光探针的尿酸检测方法。我们利用微波辅助加热法,在水相中制备了谷胱甘肽修饰的CIS/ZnS QDs纳米荧光探针,建立了一种高灵敏度的、能定量测定尿酸的分析方法。尿酸作为多种疾病(痛风、肾病等)的生物标记物,尿酸在尿酸酶的作用下能产生尿素和过氧化氢。过氧化氢的强氧化性,可以使CIS/ZnS QDs荧光探针猝灭。同时,辣根过氧化酶可以催化过氧化氢产生更多的羟基自由基,羟基自由基也是一种强氧化剂,同样可以使CIS/ZnS QDs荧光探针发生猝灭。由于尿酸酶与辣根过氧化酶的共同作用,CIS/ZnS QDs荧光探针的荧光猝灭更加显著,由此可以大大提高该方法的灵敏度。CIS/ZnS QDs荧光探针对尿酸的响应在0.25-4.0?mol L~(-1)范围内线性关系良好,方法检测限为50 nmol L~(-1),远低于许多荧光检测方法。此基于双酶促反应的纳米荧光探针具有操作简便、检测快速、灵敏度高等优点。(4)我们利用内滤效应(IFE)原理,构建了高选择性的、基于巯基丙酸修饰的CIS/ZnS QDs荧光探针,用于碱性磷酸酶(ALP)的检测及细胞成像研究。ALP作为癌症标志物,建立灵敏、快速的检测方法具有重要的临床意义。本探针体系是以对硝基苯酯(PNPP)作为底物,由于PNPP的磷酸酶水解产物对硝基苯酚(PNP)的最大紫外吸收波长(405 nm)恰好与CIS/ZnS QDs的最佳激发波长(405 nm)重叠,因而提高了检测的灵敏。当探针体系中PNPP与ALP同时存在时,由于IFE可使CIS/ZnS QDs发生荧光猝灭。且PNPP底物的最大紫外吸收峰(310 nm)对量子点的荧光不构成干扰,故而确保了检测方法的选择性。CIS/ZnS QDs测定ALP的线性范围在1.0-20.0 U L~(-1),检测限为0.01 U L~(-1)。本实验所建立的方法具有检测快速、操作简便、成本低廉、灵敏度高和选择性好等优点。我们进一步探究了该方法应用于细胞成像及细胞内ALP检测的可行性。实验结果证明:所构建的纳米荧光探针体系可适用于体内外ALP的检测。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TB383.1

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本文编号：2631307