荧光纳米探针的制备及生物检测应用

发布时间：2017-09-29 20:00

  本文关键词：荧光纳米探针的制备及生物检测应用

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【摘要】：生物体内的一些生物分子,如氨基酸、蛋白质、活性氧、阳离子、阴离子和中性分子等,在生物活动的调节过程中起着非常重要的作用。这些分子在生物体内含量的异常可能是疾病的征兆或会引起一些疾病,甚至会引起很多严重的疾病如恶性肿瘤、神经退行性疾病如帕金森氏症和阿尔茨海默氏综合征。目前,在生物分析中常采用酶或底物,化学或生物发光体系和荧光物质等作为检测试剂。早期应用广泛的放射性同位素,因其对人体和环境有损害现已不常用。酶免疫分析法虽然不具有放射性污染的问题,但是酶本身容易失去活性；化学和生物发光分析法的灵敏度虽然很高,但易受外部环境的影响,稳定性也比较差,瞬间的化学反应后,样品的发光无法再现,结果的重现性差。近年来,基于荧光纳米材料的光学检测发展迅速,在疾病诊断、检测分析等研究领域取得了卓越的成就。与传统的光学生物检测体系相比,荧光纳米生物检测体系具有灵敏度高,检测迅速,动态范围宽及可实时监测等优势而在实际中得到了广泛的应用。荧光纳米探针是荧光纳米生物检测体系的核心部分,与有机荧光探针相比,无机纳米荧光探针具有荧光性能稳定,不易发生光漂白,斯托克斯位移较大和荧光谱峰狭窄对称等优点。荧光纳米探针在分子生物学、免疫生物学、临床医学等生物医学领域显示出越来越诱人的应用前景。在临床医学诊断中,由于大多数生物分子本身无荧光或荧光较弱,检测灵敏度较差,利用强荧光探针对待测物进行标记,使检出限大大降低。在医学影像学中,荧光纳米探针可进行活体标记监测细胞或组织成像。在军事医学中,荧光纳米探针能对生物毒素及时快速检测是防御生物武器的有效措施。荧光纳米探针已应用于检测多种细菌、病毒及其毒素,还可以用来测量乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸以及各种致癌和癌变物质。荧光纳米探针主要包括半导体量子点,金属团簇,碳量子点,硅量子点,石墨烯等纳米材料,目前已经被广泛用于荧光纳米生物检测体系的构建。量子点是由少量原子构成的一种纳米材料,外观像一个极小的点状物,因此而得名。量子点的三个维度的尺寸都在十纳米以下,因此是一种典型的零维纳米材料。贵金属纳米团簇是在一定的分子层保护下,由几个到几百个Au、Ag或Pt等贵金属原子组成的相对稳定的具荧光、水溶性的分子级聚集体。碳量子点是一种新型的荧光纳米材料,不仅具有与半导体量子点相似的荧光性能,而且还具有毒性低及生物相容性良好的优点。目的：1、制备出荧光强,量子产率高的量子点和荧光金属团簇,并对其形貌,荧光性质,稳定性等进行研究。2、将量子点应用于检测有医学诊断价值的生物分子,为临床诊断提供依据。3、筛选两种发射峰位相距合适,荧光颜色搭配合适的荧光探针,将其混合形成荧光比率探针,其中一种作为参照信号,另一种可作为响应信号。4、把荧光比率探针应用于检测有医学诊断价值的生物分子,更准确的定量生物分子的浓度。5、通过一系列表征方法探究阐明荧光纳米探针的检测机理。方法：1、制备合成碲化镉量子点(CdTeQDs)包裹二氧化硅(Si02)的杂化球。利用水热法将CdTeQDs负载在Si02的表面,形成带有荧光的CdTe@SiO2NPs.此杂化球保留了CdTe QDs的高量子产率,负载到Si02上之后形成尺寸较大的荧光纳米粒子,增加了生物相容性且容易分离。可提高CdTe QDs在生物诊断中的应用价值。2、合成BSA@AuNCs并初步构建相应检测体系。制备出以牛血清白蛋白(BSA)为配体保护的金团簇(AuNCs),制备方法简便快速。BSA@AuNCs生物相容性好、荧光强度高,在生物检测和生物标记中具有较高应用价值。我们将其初步用于构建检测过氧化氢(H2O2)的荧光检测体系。3、合成CDs并初步构建相应检测体系。合成稳定性、生物相容性好、荧光强的碳量子点(CDs), CDs制备简单、成本低且容易实现大规模生产。因此,碳量子点在细胞标记、细胞成像、医疗诊断、分析检测等领域有着广阔的应用前景。碳量子点作为一种绿色环保且具有优异荧光性能的纳米颗粒,是构建荧光纳米生物分子检测体系的理想材料。我们将其初步用于构建检测多巴胺浓度的检测体系。4、采用稳定性和生物相容性好的BSA@AuNCs和CDs通过自组装构建了荧光纳米比率探针,调整合适的配比和参数,将荧光比率探针用于简单,快速,便捷,灵敏的检测生物分子。基于CDs/BSA@AuNCs的表面化学状态发生改变的机理实现对自由基等进行检测,其中CDs作为参照信号,BSA@AuNCs作为响应信号,同时根据两种荧光颜色的变化可以实现可视化分析。5、使用电子扫描电镜,透射电镜,傅里叶红外吸收分析仪,X射线光电子能谱,紫外-可见分光光度计,荧光分光光度计等多种表征手段研究探索荧光纳米探针检测的生物分子的机理。本论文首先制备了三种不同材料的荧光纳米探针,再分别用这三种荧光纳米材料为探针构建了检测生物分子的体系。主要工作与结论如下：1、创新性的使用水热法制备了具有优良荧光性能的荧光纳米复合微球SiO2@CdTeNPs,制备方法简便,效率高,尺寸可控；并对其光学特性和形貌及尺寸等进行表征,形貌大小均一,荧光稳定。利用SiO2@CdTeNPs的荧光强度实现了对生物分子过氧化氢的检测,并建立标准曲线,在0.005～0.1mM范围内呈现良好的两段式线性关系,其检测限经优化后可达到10nM。SiO2@CdTeNPs可以被离心分离重悬后再次用于检测过氧化氢,可以重复利用的性能大大节约了检测成本。2、BSA@AuNCs和CDs两种材料无毒易得,两者混合可以通过自组装形成稳定性较好的荧光比率探针来检测医学生物分子。并用多种表征手段表征其性质。该比率探针具有降低干扰信号、材料易得无毒、提高准确度和灵敏度等优势。其中,CDs作为参照信号,BSA@AuNCs作为响应信号,实现了对过氧化氢和次氯酸根离子这两种自由基的检测,并得到良好的线性关系,基于对过氧化氢的检测,构建了一个可用于检测能够进行酶反应产生过氧化氢的葡萄糖的检测体系,并建立标准曲线。此外,荧光比率试纸成功用于检测过氧化氢的浓度,促进了生物分子的肉眼可视化分析。可用于实际血清中检测过氧化氢和葡萄糖的浓度,并得到良好的标准曲线。3、采用生物相容性好的CDs为荧光探针构建了一种简单,快速简便,灵敏的荧光检测多巴胺浓度的体系,并建立标准曲线,该CDs在碱性条件下对多巴胺具有很高的灵敏度,检测限达到1nM。研究发现该CDs是对醌结构比较敏感,并用多种表征手段分析了其敏感机理,醌结构会对碳量子点表面的羧基和氨基发生反应,导致CDs不同程度的淬灭。基于这个反应机理,实现了CDs对临床常用抗癌醌类药物盐酸米托蒽醌和阿霉素的检测,并建立了盐酸米托蒽醌和阿霉素的标准曲线。此外,证明CDs检测有较的抗干扰,可用于实际血清样品的检测。
【关键词】：荧光纳米探针 量子点 金团簇 检测 生物分子
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R446;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 前言12-33
• 1.1 引言12-13
• 1.2 半导体量子点13-20
• 1.3 金属团簇概述及生物应用举例20-25
• 1.4 碳量子点的概述及生物应用举例25-29
• 1.5 研究意义29-30
• 1.6 研究内容及创新点30-33
• 第二章 水溶性CdTe量子点负载二氧化硅杂化球的制备与应用33-50
• 2.1 前言33-35
• 2.2 实验部分35-36
• 2.3 结果与讨论36-48
• 2.4 本章小结48-50
• 第三章 比率探针的构建与生物检测应用50-66
• 3.1 前言50-52
• 3.2 实验部分52-54
• 3.3 结果与讨论54-64
• 3.4 本章小结64-66
• 第四章 碳量子点对多巴胺及醌类药物的快速检测66-83
• 4.1 前言66-67
• 4.2 实验部分67-69
• 4.3 结果与讨论69-81
• 4.4 本章小结81-83
• 第五章 结论与展望83-85
• 5.1 结论83-84
• 5.2 展望84-85
• 参考文献85-101
• 成果101-102
• 致谢102-105

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