基于SERS监测活细胞溶酶体中重要代谢物的动态变化

发布时间：2017-08-11 10:13

  本文关键词：基于SERS监测活细胞溶酶体中重要代谢物的动态变化

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【摘要】：表面增强拉曼散射(Surface Enhance Raman Scattering)是一种超灵敏的振动光谱学技术,用于检测拉曼增强基底表面的分子结构变化。根据长程的电磁增强和短程的化学增强,可以使拉曼增强基底表面的拉曼标签的信号增强几个数量级。由于其超灵敏性,多路径检测,抗光漂白性等优势,表面增强拉曼散射技术越来越成为细胞成像和生物分析的有力工具,并且利用表面增强拉曼散射的超灵敏性等优势与功能化核酸探针的高选择性,高特异性和构型变换的灵活性相结合,构建基于SERS信号的传感体系,已广泛应用于生物传感,分析化学,生物医学,疾病诊断和新药研发等领域,基于以上考虑,本文以金纳米棒为拉曼增强基底,利用报告分子本身形态变化和核酸探针构型变化,构建细胞内实时监测代谢物变化的体系,开展了以下两方面的研究工作(1)基于SERS监测光热治疗过程中细胞溶酶体内pH的动态变化本章中,利用金纳米棒作为拉曼增强基底,在其表面修饰pH敏感的拉曼报告分子对巯基苯甲酸(4-MBA),并修饰上肽段以增强其生物相容性,又由于金纳米棒在可见光和近红外光区有很强的吸光系数,可用于光热治疗,所以能利用金纳米棒实现光热治疗的同时监测细胞溶酶体中pH的变化。由于体系的纳米尺寸效应,其主要通过内吞进入细胞溶酶体,光热治疗的过程中,4-MBA分子的拉曼峰中I1418/I1701的值会增大,反映出溶酶体中的pH值不断增大,探究其原因可能是光热治疗过程中产生的热量会破坏溶酶体的膜,从而使其中的酸质子释放出来,使溶酶体中pH不均衡的升高。(2)基于SERS双控成像溶酶体ATP本章在金颗粒表面修饰亲和素和拉曼报告分子4-氨基苯硫酚(4-ABT),利用亲和素和生物素的相互作用,将一端修饰生物素另一端修饰巯基的富C链(i-motif)连接到金颗粒上,并加入与其互补同时也能特异性识别ATP的核酸适配体链,形成双链结构,再利用金巯键的作用将DNA另一端接到金纳米棒表面,构建一个酸性和ATP双控的SERS监测体系。当此体系摄入细胞时,只有当存在ATP并在酸性环境中时,核酸适配体链与ATP结合,并从双链中被竞争取代下来,剩下的单链i-motif在酸性中构型发生折叠,形成四聚体结构,拉近金颗粒与金纳米棒的距离,形成拉曼热点,产生SERS信号。这两个条件缺其中任意一个都不会有SERS信号的产生,因此可以双控成像细胞溶酶体中的ATP。
【关键词】：金纳米棒 表面增强拉曼散射(SERS) 核酸探针 ATP 光治疗
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q2-33;O657.37
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 本文所用英文缩略词表10-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 拉曼散射11-12
• 1.1.1 拉曼散射的发现及原理11
• 1.1.2 拉曼散射的特点11-12
• 1.2 表面增强拉曼散射(SERS)12-26
• 1.2.1 SERS简介12-14
• 1.2.2 SERS标签14-21
• 1.2.3 SERS在生物分析中的应用21-26
• 1.3 本文选题依据及研究内容26-28
• 第2章 基于SERS监测光热治疗过程中细胞溶酶体内pH的动态变化28-43
• 2.1 前言28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 主要试剂和仪器28-29
• 2.2.2 AuNR的制备29
• 2.2.3 AuNR@4-MBA及AMP的制备29
• 2.2.4 纳米体系光热性质考察29-30
• 2.2.5 探针对pH的响应30
• 2.2.6 细胞毒性实验30
• 2.2.7 细胞中不同pH的标定30
• 2.2.8 光热治疗中溶酶体pH的变化30
• 2.2.9 溶酶体完整性探究30-31
• 2.3 结果与讨论31-42
• 2.3.1 AMP的合成与性质表征31-32
• 2.3.2 探针对pH的响应情况32-33
• 2.3.3 细胞毒性考察33-34
• 2.3.4 探针孵入细胞的时间优化34
• 2.3.5 探针在细胞中的分布情况34-35
• 2.3.6 溶酶体中pH的标定35-38
• 2.3.7 光热治疗中溶酶体的pH变化38-40
• 2.3.8 探究溶酶体pH变化的机理40-42
• 2.4 小结42-43
• 第3章 基于SERS双控成像溶酶体ATP43-53
• 3.1 前言43-44
• 3.2 实验部分44-46
• 3.2.1 主要试剂和仪器44
• 3.2.2 金纳米颗粒的制备44-45
• 3.2.3 拉曼探针的制备45
• 3.2.4 SERS双控体系的构建45
• 3.2.5 体外溶液相现象分析45
• 3.2.6 优化互补链45
• 3.2.7 体系对ATP响应性质及选择性考察45
• 3.2.8 细胞毒性实验45-46
• 3.2.9 共聚焦倒置拉曼成像46
• 3.3 结果与讨论46-52
• 3.3.1 纳米颗粒探针的合成及表征47-49
• 3.3.2 探针的双控能力的考察49
• 3.3.3 Aptamer链的优化49-50
• 3.3.4 探针对ATP的响应50
• 3.3.5 探针对ATP选择性响应的考察50
• 3.3.6 溶酶体中ATP成像50-51
• 3.3.7 探针细胞毒性考察51-52
• 3.4 小结52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-64
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文64-65
• 致谢65

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本文编号：655534