纳米材料基传感器的构建及其在谷胱甘肽检测中的应用研究

发布时间：2020-08-25 05:07

【摘要】：谷胱甘肽(GSH)是一类在人体大量生命活动中不可或缺的功能分子,它在控制蛋白质的生物活性以及人体的新陈代谢方面起到关键作用,同时,GSH在血清中的浓度水平可以作为如帕金森、糖尿病等疾病的生理指标。因此,在血清样本中实现GSH的高效、快速、精确测定,对某些重大疾病的早期筛查具有重要临床意义。因为电化学检测方法具有成本低、灵敏度高、时间短、易微型化等优点,所以本文采用该方法对GSH进行检测,并通过多壁碳纳米管-还原氧化石墨烯纳米带核壳结构纳米材料(MWCNT@rGONR)、多孔氧化镍纳米片(NiO NS)修饰电极以提升体系对GSH的检测效果。同时,为了探究生物类分子材料在GSH荧光检测中的应用,构建了5,10,15,20-四甲基丙烯酰氧苯基卟啉(TMaBPP)-Hg~(2+)体系对GSH及其硫醇类似物进行了荧光检测。本论文主要研究工作如下:(1)采用溶液剥离法成功制备了MWCNT@rGONR核壳结构纳米复合材料,并将该纳米材料修饰到玻碳电极(GCE)表面,用于GSH的电化学检测。本研究利用SEM、TEM、FTIR等表征方法对制备的材料进行形貌和结构表征,并通过循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗法(EIS)和计时电流法(i-t)等电化学分析方法对所构建传感器的电化学行为进行研究。结果表明,在优化条件下,该GSH传感器具有良好的电催化性能,优异的电导率和高效的电子传递效率,获得了较宽的线性范围(0.05~266.3μM和266.3~766.3μM),以及较低的检测限(39 nM,S/N=3)。此外,该传感器还具备良好的选择性、重现性以及较好的稳定性。最后,通过加标测定封闭正常人血清样本中GSH含量来验证该传感器的实用性和准确性。所有结果均显示所制备的MWCNT@rGONR核壳结构纳米材料为电化学检测GSH提供了优异的传感平台;(2)采用水热反应以及高温煅烧的方法制备了NiO NS,成功构建了一种基于该多孔纳米材料的GSH高灵敏检测电化学传感器。本研究利用SEM、TEM、EDX、XRD、XPS等表征方法对NiO NS进行形貌和结构表征,并采用CV、EIS和i-t等电化学分析方法对该传感器的电化学行为进行研究。结果表明,多孔片状结构增加了NiO NS的表面活性位点,使得该传感器具有较快的响应速度、优异的电催化性能。在优化条件下,所构建的传感器通过i-t对GSH的检测得到了宽泛的线性范围(0.005~3166.655μM)、低检测限(2.34 nM,S/N=3),以及较好的选择性、重现性、稳定性,实现了在血清样本中的加标测定。所有结果均显示NiO NS在电化学检测GSH中展现出了较大的研究价值,为该纳米材料进一步的研究应用提供了参考依据;(3)设计并合成了一种TMaBPP卟啉衍生物分子,建立了TMaBPP-Hg~(2+)体系且成功用于GSH及其硫醇类似物的荧光检测研究。本研究使用了~1H-NMR、FTIR、FS、UV-vis等对TMaBPP进行分子结构表征,并采用荧光光谱法考察了TMaBPP-Hg~(2+)体系对GSH及其硫醇类似物的检测效果。结果表明,该荧光传感器的检测速度快(瞬时反应1s),实现了对GSH、Cys和Hcy分别从0.005~0.1μM和2.5~1000μM,0.01~2.5μM和2.5~750μM,0.1~5μM和5~1000μM的动态范围检测,检测限低(GSH、Cys和Hcy检测限分别是0.5 pM,11.57 pM和50.64 pM(S/N=3)),且选择性、重现性和稳定性均较好。最后,通过在封闭正常人血清样本中加标回收测定GSH及其硫醇类似物的含量验证了该体系的实用性和准确性。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212
【图文】：

谷胱甘肽,结构式

1 绪论1 绪论的简介肽（GSH）是一类在人体大量生命活动中不可或缺的功能活性以及人体新陈代谢方面起关键作用，如：维持细胞稳异生素和抗氧化[1]，基因表达，DNA 合成，蛋白质合成，SH 在生理活动中的性质及其氧化应激响应为研究者将其作指标提供了可能，利用对 GSH 的检测可以间接监测某些疾 GSH 进行定量检测在疾病的早期诊断与预防中具有重要意的结构与性质

原理图,酶循环法,原理图

同时也是检测GSH 的最早方法之一。此法灵敏度高，反应条件温和且检测便捷，反应过程如图1.2 所示：GSH[15]被 5,5'-二硫代双（2-硝基苯甲酸）（DTNB）氧化生成 GSSH 和稳定的 2-硝基-5-硫代苯甲酸（TNB），GSSH 还原酶通过与 GSSH 及 NADPH（还原型辅酶Ⅱ）反应生成 GSH，从而达到保持 GSH 总量不变的目的。在这种情况下，DTNB 氧化 GSH 生成 TNB 的速率与总 GSH 成正比。TNB 在 412 nm 波长处有最大吸光度，采用分光光度计法对总谷胱甘肽含量进行测定，从而达到检测的目的。

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和紫外-可见分光光度计联用传感器（CE-UV-vis）对 GSH 的最低检测限为 2.35×10-6mol L-1，实现了人体血浆以及实验小鼠细胞中的 GSH 含量测定。He 等[27]采用电泳与电喷雾质谱法联用（ESI-MS）实现了人体尿液中 GSH 含量的测定，检测限为 0.08 g L-1。多种类型的电泳法已经得到蓬勃发展，为复杂样本的分离检测提供了平台，但是这种方法对检测器要求较高，且设备仪器昂贵复杂。1.2.4 荧光光谱法荧光光谱法对目标物含量进行测定的原理主要是依靠待测物浓度和相关物质的荧光强度间存在某种对应关系，具有所需样本量少、选择性强、灵敏度高等优点[28]，在化学、生物、医学和环境科学等诸多领域得到了广泛的应用[29]。Cao 及其团队[30]运用荧光共振能量转移（FRET）原理，设计并合成了一种用于生物硫醇检测的基于四（4-羟基苯基）卟啉香豆素的比率荧光探针（Ratio-HPSSC）。从图 1.3 可以看出，在探针分子中，卟啉是吸电子基团，香豆素基团为供电子基团，以二硫键连接。该灵敏性比率荧光探针对 Cys 的检测范围是 1~600 μM，非常适用于活体细胞中生物硫醇的荧光成像检测。

【参考文献】