基于石墨烯量子点构建的生物传感器在生物小分子检测中的应用

发布时间：2020-07-10 21:10

【摘要】：近年来,荧光光谱分析法因其操作简便、灵敏度高和可以快速检测生物样品等优点在生物分子检测方面得到了广泛的应用。为了实现目标分子的检测和追踪,我们必须将其与荧光探针的信号建立关系。传统方法使用荧光染料作为荧光探针,而荧光染料因抗光漂白能力差、吸收带狭窄、荧光寿命短等问题在生物成像和生物分子检测的应用方面受到限制。量子点可以弥补荧光染料光漂白、光稳定性差等缺点,但传统量子点中的重金属泄露和表面有机基团引起的细胞毒性等关键问题仍然存在。石墨烯量子点由于其制备成本低廉、光致发光可调、光稳定性好、生物相容性好、易于官能化等优点,被认为是有机染料和含重金属量子点的有竞争力的替代品。在本论文中,我们基于石墨烯量子点构建荧光生物传感器,实现了对一些重要的生物小分子的灵敏检测。第一章,我们对石墨烯量子点的基本性质、制备方法及其在荧光生物传感器方面的相关研究进行了简要的概述,并阐明了本论文的研究内容和研究意义。第二章,我们基于邻苯二醌对石墨烯量子点的荧光猝灭作用构建了一种新型的光学传感器用于抗坏血酸的检测。过氧化氢在辣根过氧化物酶的存在下,可以生成羟基自由基。具有强氧化作用的羟基自由基可以将还原性的邻苯二酚氧化为邻苯二醌,邻苯二醌可以使石墨烯量子点的荧光得到显著的猝灭。抗坏血酸作为生物体内的强还原性物质,在与邻苯二酚同时存在的条件下可以优先和羟基自由基发生反应生成脱氢抗坏血酸,抑制了邻苯二醌的生成,从而导致体系荧光的恢复。通过对体系荧光强度的变化,我们实现了对抗坏血酸的定量检测。第三章,我们基于Fe~(3+)和Fe~(2+)对石墨烯量子点荧光的猝灭作用的差异构建了一种简单、灵敏的荧光传感器用于检测与过氧化氢释放相关的代谢物质,如葡萄糖和尿酸。相同浓度下的Fe~(3+)相比于Fe~(2+)可以更加显著地猝灭石墨烯量子点的荧光,并且Fe~(2+)可以通过过氧化氢实现向Fe~(3+)的转化。很多酶参与的反应都伴随着过氧化氢的产生,如葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下,尿酸在尿酸酶的作用下都可以生成过氧化氢,且在相应酶存在的条件下,葡萄糖和尿酸的量与其生成的过氧化氢的量存在一定的比例关系,因此通过体系荧光强度的变化可以实现对葡萄糖和尿酸的定量检测。第四章,我们基于Cu~(2+)与石墨烯量子点表面的多巴胺反应生成的复合物对石墨烯量子点的猝灭作用建立了一种灵敏的、低成本的荧光传感器用于多巴胺或抗坏血酸的检测。Cu~(2+)对单独的石墨烯量子点的荧光没有明显的影响。当在石墨烯量子点中加入多巴胺后,含氨基基团的多巴胺可以通过静电作用与表面富含羧基的石墨烯量子点复合在一起,此时在体系中加入Cu~(2+),Cu~(2+)可以氧化量子点表面的多巴胺,并与之形成半醌复合物,使体系荧光发生猝灭。但当抗坏血酸与Cu~(2+)同时加入到体系中时,抗坏血酸可优先与Cu~(2+)反应,生成对量子点表面的多巴胺没有反应能力的脱氢抗坏血酸和Cu~+,从而抑制了半醌复合物的生成,使体系荧光恢复。基于体系荧光强度的变化,我们实现了对多巴胺和抗坏血酸的灵敏检测。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TP212.3

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