基于氮化碳纳米片的生物传感新方法研究

发布时间：2020-03-30 15:36

【摘要】：科学技术的不断发展带动着生命科学的发展,人类对生命科学的研究认识也不断加深,因此,对一些在生命体中起重要作用的生物分子(如酶、核酸等)进行快速、灵敏、准确的检测分析显得尤为重要。近年来,作为纳米技术核心的纳米材料由于其在光学、电学、催化等方面独特的性能,成为了当前的研究热点,它们在光电学、生物医学、微电子学、环境能源等领域得到了广泛应用。而纳米材料结合生物传感器出现的纳米生物传感器,是多个学科(如化学、生物、物理学及纳米科学等)的交叉结合,使得生物传感器的发展朝着能更广泛应用的方向进行。纳米生物传感器所发展的新颖的检测原理及传感机制,使生物传感器的检测分析性能得到了极大的提升,在医学诊疗、食品分析、环境检测等领域也有了更广阔的发展空间。腺苷酸激酶(ADK),一种重要的磷酸转移酶,在生物体内参与催化各类腺嘌呤核苷酸之间的相互转化,维持腺嘌呤核苷酸之间的平衡,从而保持能量平衡并促进高能腺嘌呤核苷酸的储存及利用。而单核苷酸多态性(SNP)是指单个核苷酸突变所造成的核苷酸序列的多态性,在人类基因组中单碱基多态性是主要的变异形式之一,同时也是最为常见的基因变异,它与基因功能的研究有着很重要的联系,可以为基因水平上的疾病诊断和不同个体药物响应研究提供重要依据。本论文利用二维碳纳米材料—石墨相氮化碳纳米片(CNNS),建立了一些操作简单快速、灵敏度高、非标记的生物传感平台用于重要的疾病标志腺苷酸激酶(ADK)与单核苷酸多态性(SNP)的检测分析。研究的具体内容如下:在第2章中,我们发展了一种新型的基于CNNS的生物传感平台用于简单,灵敏且非标记的ADK检测。当Cu~(2+)加入到CNNS溶液中时,由于光诱导电子转移(PET)作用使得纳米片的荧光猝灭。再加入二磷酸腺苷(ADP)时,由于ADP会与Cu~(2+)作用,使得结合CNNS的Cu~(2+)减少,导致微弱的荧光恢复。加入ADK后,ADP会转化为三磷酸腺苷(ATP)以及单磷酸腺苷(AMP)(2ADP?ATP+AMP),由于ATP结合Cu~(2+)的能力比ADP更强,能阻止Cu~(2+)跟纳米片的结合,使得荧光恢复。通过测量荧光信号的变化可以高灵敏地检测ADK。本章发展的分析方法对ADK的检测下限为0.06 U/mL。该传感器有望在与ADK相关的临床诊断和生物医学研究方面提供一个高效,高灵敏且非标记的分析检测平台。在第3章中,我们证明了单链DNA(ssDNA)能增强CNNS的类过氧化物酶的活性并将该性质应用于SNP检测。由于ssDNA能够吸附在CNNS表面形成一种稳定的复合材料,当正电荷的底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)存在时,ssDNA将通过静电引力和芳香环的堆叠与TMB结合,从而增强了纳米片的过氧化物酶活性。利用DNA能增强纳米片的催化氧化活性这一特点,我们将这种纳米酶用于SNP的比色检测。通过核酸与纳米技术的功能化结合,本章中提出的方法不仅为核酸的检测提供了一个新的平台,还能应用于不同的目标分子进行检测研究。
【图文】：

传感方法,二维,复合纳米材料

烯的结构相似，所以被称为类石墨烯纳米材料。不管是在学术研究上，这些石墨烯以及类石墨烯纳米材料在最近几年都得到极大的发特别是生物传感方向的应用。图 1.1 A，Wu 等[13]基于氧化石墨烯（GO）设计了一种纳米信标用化分析。文章中设计了一条单荧光标记的发夹链 HP，和两条寡核苷 B 链，两条链都能与发夹 HP 杂交使得发夹打开且有粘性末端的生于 50oC 时，杂交链会解链，HP 的荧光会被 GO 猝灭，而当有多核NK）时，这个粘性末端会被连接酶连接而形成稳定的双链结构，在会解链且荧光信号很强，通过检测荧光信号的变化能够定量检测 PB，Peng 等[14]利用 MoS2/石墨烯的复合纳米材料构建了检测葡萄糖葡萄糖氧化酶（GOx）跟复合纳米材料结合，利用 GOx 能氧化葡萄酸和 H2O2，，由于 MoS2/石墨烯的复合纳米材料具有类过氧化物酶活2O2催化氧化 TMB，能肉眼看到颜色变化，通过对产物的紫外吸收实现葡萄糖的定量分析，该方法还能进一步应用于人血清中葡萄糖高选择性的检测。

三嗪环,基本结构

于石墨烯的非金属有机聚合物半导体，它可以被看作是氮原子将石墨烯原子有规律地取代后的物质，是一种具有特殊性质的半导体材料。如，目前有两种 CNNS 的模型被人们接受，分别是面内由三嗪环（C3N3嗪环（C6N7）构成，其具体结构构成为：通过碳原子、氮原子的 sp2杂环之间通过末端的 N 原子相连而形成无限延伸的网状结构，层与层之间力作用而形成与石墨烯片层相似的平面结构，且每层结构中碳氮键的键能都等同，类似于苯环的结构单元，相邻的层之间的间距约为 0.326 n发现，与石墨烯零带隙不同的是 CNNS 的带隙值近似 2.7 eV，而且其具缺陷以及氮原子孤对电子对，使得 CNNS 在光催化、光降解等方面表现烯明显的不同，使其在传感及催化领域得到了极大的关注。在 2009 年授首次报道了 CNNS 可作为高效的光催化剂用于分解水来制得氢气[16]部分含有重金属的光催化剂，CNNS 作为一种非金属的光催化剂在环境合理利用等方面具有更大的优势[17-19]。目前已有很多科学家对 CNNS的及其在光催化、生物成像、药物传递等方面做了大量的研究，下面主要S 的制备以及其在生物传感领域的应用。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TP212.3

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