基于铜纳米簇的荧光探针构建及分析应用研究
发布时间：2021-01-18 13:41
金属纳米簇荧光探针具有合成简便、独特的光学性质以及良好的生物相容性等优点,在生化分析及环境分析等领域中应用广泛。相比于金银等贵金属纳米簇,铜纳米簇（Cu NCs）更廉价,但是Cu NCs容易发生团聚,其裸露的表面也容易被空气氧化,导致其光稳定性较差。另外,目前许多具有红色发光的Cu NCs的荧光性能较弱,量子产率较低,不利于进一步的分析应用。本文围绕解决红色发光Cu NCs的稳定性、荧光性能的调控及生物样本中目标物的分析检测灵敏度等问题,开展了以下研究工作。具体内容分为以下三部分:第一部分:谷胱甘肽（GSH）在氧化应激反应及相关疾病的研究中起着关键作用。因此,构建高灵敏、高选择性的检测GSH的方法具有重要意义。以半胱氨酸（Cys）为保护剂和还原剂,通过水热法制备了红色荧光的Cys-Cu NCs。所制得的Cu NCs显示了聚集诱导发射（AIE）性能且拥有较大的stokes位移（235 nm）。实验发现,MnO2纳米片通过内滤作用（IFE）使Cys-Cu NCs的荧光猝灭,进一步加入GSH后,MnO2纳米片被GSH还原为Mn2+,被猝灭的Cu NCs荧光得到恢复。据此,构建了一种检测GSH...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
合成荧光NCs的各种方法[14]
第1章文献综述3成金属纳米粒子的稳定剂。每个PVP单体中都含有酰胺基团，通过酰胺基中N原子的孤电子对与Cu2+的空轨道相互作用，使Cu2+固定在PVP模板上。Tang和同事采用水热法以甲醛作为还原剂，PVP作为模板的合成了CuNCs（图1.2），其荧光QYs为13%[20]。Rogach小组则采用AA作为还原剂一锅法合成量子产率为8%蓝色发光的CuNCs[21]。图1.2以PVP为模板的合成了CuNCs[21]。（2）蛋白质或者肽链作为模板蛋白质由一个或几个氨基酸残基组成，是一种用于合成纳米材料天然模板。具体优点如下：（1）蛋白质特殊的结构为金属离子提供大量的结合位点，避免NCs团聚为无荧光的纳米颗粒；（2）蛋白质表面含有丰富的官能团，为NCs进一步的修饰改性提供了可能，扩大了NCs的实际应用范围；（3）有些蛋白质含有大量的巯基官能团，利用自身的还原性，在温和的环境下即可直接将金属离子还原，避免还原剂的额外加入。例如，牛血清白蛋白（BSA）单体中存在来自35个半胱氨酸（Cys）残基的硫醇基团[22,23]，既可以作为模板又可以作为还原剂制备CuNCs。2010年，Goswami等首次采用BSA为稳定的模板和还原剂，在碱性条件下加热得到蓝色发光的BSA-CuNCs，其量子产率为0.15%[24]。然而，蓝色的荧光发射的NCs由于自吸收和背景荧光的干扰，限制了它们在生物领域的实际应用。2014年，Wang课题组[25]以BSA为稳定剂，水合肼（N2H4·2H2O）为还原剂，在室温下合成了最大发射波长在620nm处的红色荧光CuNCs，其量子产率为4.1%（图1.3）。BSA在不同pH值下具有不同的构象[26]，因此所制备的BSA-CuNCs对pH变化产生强烈光学响应。随着pH从12调整到6，荧光强度迅速增加。在中性pH6-7范围内，获得了最大的荧光发射，表明所得到的红色荧光BSA-CuNCs更适合于细胞成像中的应用。溶菌酶（Lys）是由12
西南大学硕士学位论文4图1.3BSA为模板合成红色荧光铜纳米碳管[25]。除蛋白质大分子以外，含特殊氨基酸的多肽链也可以设计合成不同发光性能的CuNCs。高课题组以双功能肽（SV:CCYGGPKKKRKVG）为模板，制备了具有蓝色双光子荧光性质的CuNCs[31]。这里肽包含两个功能：CCY是CuNCs的形成序列，PKKKRKVG是核定位序列，GG是分离这两个功能域的连接序列。在合成过程中，为了稳定游离Cu2+，以NaCl为辅助剂，过量的氯化物（Cl）与Cu2+形成配位化合物CuCl42。随后，SV中的含有还原剂酪氨酸，可以将Cu2+还原为Cu0从而形成具有单光子和双光子荧光特性的CuNCs。当激发在365nm时，在418nm具有蓝色荧光发射。在波长为750nm的飞秒脉冲激光激发下，在460nm发出强的蓝色双光子上转换荧光。利用其荧光特性，CuNCs被成功地用于细胞核的生物标记。（3）DNA作为模板DNA寡核苷酸具有分子识别、可编程序列和几何结构稳固等优点，广泛的应用在金属纳米团簇的合成中。2010年，Mokhir小组首次发现在存在Cu2+和AA溶液中加入dsDNA可以成功的合成CuNCs，并在587-600nm处表现出优异的荧光（图1.4A）[32]。在CuNCs形成过程中，AA还原Cu2+可产生Cu0聚集在dsDNA上，导致形成稳定的CuNCs。然而加入ssDNA，CuNCs并未形成。有趣的是，CuNCs的荧光强度和颗粒尺寸大小可以通过改变dsDNA模板的长度来调控。另外，研究人员发现，与随机序列相比，AT序列是形成dsDNA-CuNCs的更好模板[33,34]。近年来，聚胸腺嘧啶（T）组成的ssDNA单链模板，已被成功的应用合成CuNCs。随着聚胸腺嘧啶长度的增加，CuNCs的尺寸增加。然而在同样的条件下，碱基随机的聚（腺嘌呤)、聚(胞嘧啶）和聚（鸟嘌呤）ssDNA都不能促进CuNCs的形成。这可归因于形成T-Cu2+配合物后，AA沿聚T模板的轮廓还原Cu2+为Cu0从而形成
本文编号：2985050
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
合成荧光NCs的各种方法[14]
第1章文献综述3成金属纳米粒子的稳定剂。每个PVP单体中都含有酰胺基团，通过酰胺基中N原子的孤电子对与Cu2+的空轨道相互作用，使Cu2+固定在PVP模板上。Tang和同事采用水热法以甲醛作为还原剂，PVP作为模板的合成了CuNCs（图1.2），其荧光QYs为13%[20]。Rogach小组则采用AA作为还原剂一锅法合成量子产率为8%蓝色发光的CuNCs[21]。图1.2以PVP为模板的合成了CuNCs[21]。（2）蛋白质或者肽链作为模板蛋白质由一个或几个氨基酸残基组成，是一种用于合成纳米材料天然模板。具体优点如下：（1）蛋白质特殊的结构为金属离子提供大量的结合位点，避免NCs团聚为无荧光的纳米颗粒；（2）蛋白质表面含有丰富的官能团，为NCs进一步的修饰改性提供了可能，扩大了NCs的实际应用范围；（3）有些蛋白质含有大量的巯基官能团，利用自身的还原性，在温和的环境下即可直接将金属离子还原，避免还原剂的额外加入。例如，牛血清白蛋白（BSA）单体中存在来自35个半胱氨酸（Cys）残基的硫醇基团[22,23]，既可以作为模板又可以作为还原剂制备CuNCs。2010年，Goswami等首次采用BSA为稳定的模板和还原剂，在碱性条件下加热得到蓝色发光的BSA-CuNCs，其量子产率为0.15%[24]。然而，蓝色的荧光发射的NCs由于自吸收和背景荧光的干扰，限制了它们在生物领域的实际应用。2014年，Wang课题组[25]以BSA为稳定剂，水合肼（N2H4·2H2O）为还原剂，在室温下合成了最大发射波长在620nm处的红色荧光CuNCs，其量子产率为4.1%（图1.3）。BSA在不同pH值下具有不同的构象[26]，因此所制备的BSA-CuNCs对pH变化产生强烈光学响应。随着pH从12调整到6，荧光强度迅速增加。在中性pH6-7范围内，获得了最大的荧光发射，表明所得到的红色荧光BSA-CuNCs更适合于细胞成像中的应用。溶菌酶（Lys）是由12
西南大学硕士学位论文4图1.3BSA为模板合成红色荧光铜纳米碳管[25]。除蛋白质大分子以外，含特殊氨基酸的多肽链也可以设计合成不同发光性能的CuNCs。高课题组以双功能肽（SV:CCYGGPKKKRKVG）为模板，制备了具有蓝色双光子荧光性质的CuNCs[31]。这里肽包含两个功能：CCY是CuNCs的形成序列，PKKKRKVG是核定位序列，GG是分离这两个功能域的连接序列。在合成过程中，为了稳定游离Cu2+，以NaCl为辅助剂，过量的氯化物（Cl）与Cu2+形成配位化合物CuCl42。随后，SV中的含有还原剂酪氨酸，可以将Cu2+还原为Cu0从而形成具有单光子和双光子荧光特性的CuNCs。当激发在365nm时，在418nm具有蓝色荧光发射。在波长为750nm的飞秒脉冲激光激发下，在460nm发出强的蓝色双光子上转换荧光。利用其荧光特性，CuNCs被成功地用于细胞核的生物标记。（3）DNA作为模板DNA寡核苷酸具有分子识别、可编程序列和几何结构稳固等优点，广泛的应用在金属纳米团簇的合成中。2010年，Mokhir小组首次发现在存在Cu2+和AA溶液中加入dsDNA可以成功的合成CuNCs，并在587-600nm处表现出优异的荧光（图1.4A）[32]。在CuNCs形成过程中，AA还原Cu2+可产生Cu0聚集在dsDNA上，导致形成稳定的CuNCs。然而加入ssDNA，CuNCs并未形成。有趣的是，CuNCs的荧光强度和颗粒尺寸大小可以通过改变dsDNA模板的长度来调控。另外，研究人员发现，与随机序列相比，AT序列是形成dsDNA-CuNCs的更好模板[33,34]。近年来，聚胸腺嘧啶（T）组成的ssDNA单链模板，已被成功的应用合成CuNCs。随着聚胸腺嘧啶长度的增加，CuNCs的尺寸增加。然而在同样的条件下，碱基随机的聚（腺嘌呤)、聚(胞嘧啶）和聚（鸟嘌呤）ssDNA都不能促进CuNCs的形成。这可归因于形成T-Cu2+配合物后，AA沿聚T模板的轮廓还原Cu2+为Cu0从而形成
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