低毒水溶性量子点与HSA相互作用机制及其分析应用研究

发布时间：2017-09-26 02:24

  本文关键词：低毒水溶性量子点与HSA相互作用机制及其分析应用研究

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【摘要】：近年来,低毒水溶性量子点具有优越的荧光性能、较好的生物相容性,在生物医学领域具有广泛的应用,但其广泛应用的背后可能会给生物体带来潜在的生物毒性效应。目前对低毒水溶性量子点的毒性研究仅局限于细胞和体内研究,从分子水平上研究这些量子点与人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)相互作用机制的报道还很少,对于它们分子水平上的生物毒性作用机制还不是很清楚。因此,急需用热力学和动力学的方法研究这些量子点与HSA的相互作用机制。本论文从分子水平上系统研究了Zn掺杂CdTe量子点(CdTe:Zn~(2+)quantum dots,CdTe:Zn~(2+)QDs)、InP/ZnS量子点(InP/ZnS quantum dots,InP/ZnS QDs)、碳点(Carbon dots,CDs)、石墨烯量子点(Graphene quantum dots,GQDs)分别与HSA的相互作用机制。此外,还探讨了它们在分析领域的检测应用。本论文共分为六章:第一章,低毒水溶性量子点和HSA的概述。重点介绍了低毒水溶性量子点的性质、生物应用和生物效应研究概况。第二章,不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA相互作用机制研究。本章利用多种光谱方法从分子水平上系统研究了三种不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点分别与HSA的相互作用机制。这三种不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点的最大荧光发射峰位置分别为514 nm(绿色荧光,GQDs)、578 nm(黄色荧光,YQDs)、640 nm(红色荧光,RQDs)。紫外-可见吸收光谱、稳态荧光及荧光寿命的结果表明,CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA均形成了基态复合物,猝灭类型为静态猝灭,主要的作用力均为静电作用力。此外还研究了CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA相互作用的猝灭常数KSV、结合常数Ka及热力学参数(ΔH,ΔS,ΔG)。位点竞争实验的结果表明,GQDs、YQDs、RQDs主要结合在HSA的Site I位点上。三维荧光光谱、傅里叶转换红外光谱和圆二色光谱的结果证明,GQDs、YQDs、RQDs对HSA二级结构和生物活性均产生了影响,且CdTe:Zn~(2+)量子点的粒径越大,对HSA二级结构和生物活性的影响也越大。第三章,InP/ZnS量子点与HSA相互作用机制研究。本章利用多种光谱方法从分子水平上系统研究了InP/ZnS量子点与HSA的相互作用机制。通过紫外-可见吸收光谱、稳态荧光及荧光寿命的结果表明,InP/ZnS量子点与HSA形成了基态复合物,猝灭类型为静态猝灭。此外还研究了InP/ZnS量子点与HSA相互作用的猝灭常数(KSV),结合常数(Ka)以及热力学参数,从中可得出InP/ZnS量子点与HSA主要的作用力为静电作用力。位点竞争的实验表明,InP/ZnS量子点主要结合在HSA的Site I位点上。此外,三维荧光光谱、傅里叶转换红外光谱和圆二色光谱的结果表明,InP/ZnS量子点能影响HSA的二级结构,还能降低其生物活性。第四章,荧光碳点与HSA相互作用机制研究。本章用微波法合成了碳点(CDs),并利用多种光谱方法和电化学方法从分子水平上系统研究了CDs与HSA的相互作用机制,探讨了CDs对HSA二级结构和生物活性的影响。实验结果表明,CDs能猝灭HSA的内源荧光,猝灭类型为静态猝灭,两者间形成了基态复合物,主要的作用力为氢键和范德华力。位点竞争的实验结果表明,CDs在HSA上的主要结合位点为Site I(subdomain IIA)。三维荧光光谱、傅里叶转换红外光谱和圆二色光谱的实验结果表明,CDs不仅破坏了HSA的二级结构,还降低了其生物活性。第五章,石墨烯量子点与HSA相互作用机制研究。本章利用多种光谱方法和电化学方法从分子水平上研究了石墨烯量子点(GQDs)与HSA的相互作用机制,探讨了GQDs对HSA二级结构和生物活性的影响。实验结果表明,GQDs能猝灭HSA的内源荧光,猝灭类型为静态猝灭,两者间形成了基态复合物,主要作用力为氢键和范德华力。位点竞争实验表明,GQDs在HSA上的结合位点为Site I。三维荧光光谱、傅里叶转换红外光谱和圆二色光谱的实验结果表明,GQDs不仅破坏了HSA的二级结构,还降低了其生物活性。第六章,一种以石墨烯量子点为荧光探针,检测Cr(Ⅵ)和抗坏血酸的“开-关-开”荧光传感器。本章以石墨烯量子点(GQDs)为荧光探针,建立了一种可同时检测Cr(Ⅵ)和抗坏血酸(Ascorbic acid,AA)的“开-关-开”荧光传感器。GQDs能发出蓝色荧光,此为“开”模式;加入Cr(Ⅵ)后,由于荧光内滤效应和基态复合物的形成,使GQDs的荧光猝灭,此为“关”模式。加入AA后,AA与Cr(Ⅵ)的氧化还原反应破坏了GQDs-Cr(Ⅵ)复合物和荧光内滤效应,使该体系又恢复“开”模式。此传感器检测Cr(Ⅵ)的线性范围为0.05-500μmol/L,检出限低至3.7 nmol/L;检测AA的线性范围为1.0-500μmol/L,检出限为0.51μmol/L。此外,还运用紫外-可见吸收光谱、傅里叶转换红外光谱、荧光寿命对GQDs-Cr(Ⅵ)体系的猝灭机制进行了详细研究。干扰实验发现,此传感器的抗干扰性强、选择性好。将此传感器用于自来水、湖水、江水中Cr(Ⅵ)以及维生素C药片和人尿液中AA的检测,回收率和检测效果均较理想。
【关键词】：低毒水溶性量子点 人血清白蛋白 光谱方法 相互作用 分析应用
【学位授予单位】：广西师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 第一章 前言16-54
• 1.1 量子点的概述16-17
• 1.1.1 量子点的定义16
• 1.1.2 量子点的性质16-17
• 1.1.3 量子点的种类17
• 1.2 CdTe量子点的概述17-23
• 1.2.1 CdTe量子点的合成17-18
• 1.2.2 CdTe量子点的生物应用18-20
• 1.2.2.1 生物传感器18-19
• 1.2.2.2 生物成像19-20
• 1.2.2.3 药物载体20
• 1.2.3 生物毒性研究20-21
• 1.2.4 CdTe量子点与生物大分子相互作用研究21-23
• 1.2.4.1 与人血清白蛋白(HSA)的相互作用21-22
• 1.2.4.2 与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用22
• 1.2.4.3 与酶的相互作用22-23
• 1.3 InP量子点的概述23-24
• 1.3.1 生物应用23-24
• 1.3.1.1 荧光传感器23
• 1.3.1.2 生物成像23-24
• 1.3.2 生物毒性研究24
• 1.4 碳点的概述24-30
• 1.4.1 碳点的性质24-26
• 1.4.1.1 组成24
• 1.4.1.2 结构特点24-25
• 1.4.1.3 光学性质25-26
• 1.4.2 碳点的合成方法26-27
• 1.4.2.1 自上而下的方法26-27
• 1.4.2.2 自下而上的方法27
• 1.4.3 碳点的生物应用27-29
• 1.4.3.1 生物传感器27-28
• 1.4.3.2 生物成像应用28-29
• 1.4.3.3 药物载体29
• 1.4.4 生物毒性作用29-30
• 1.4.4.1 细胞毒性研究29-30
• 1.4.4.2 生物体内毒性研究30
• 1.5 石墨烯量子点的概述30-35
• 1.5.1 石墨烯量子点的性质30-32
• 1.5.1.1 结构30
• 1.5.1.2 光学性质30-32
• 1.5.2 石墨烯量子点的生物应用32-34
• 1.5.2.1 生物成像32
• 1.5.2.2 生物传感器32-33
• 1.5.2.3 药物/基因载体33-34
• 1.5.2.4 抗癌作用34
• 1.5.2.5 抗菌和抗氧化活性34
• 1.5.3 石墨烯量子点的生物毒性研究34-35
• 1.5.3.1 细胞毒性研究34-35
• 1.5.3.2 生物体内毒性研究35
• 1.6 人血清白蛋白的概述35-36
• 1.7 研究目的、意义和内容36-38
• 1.7.1 研究目的和意义36-37
• 1.7.2 研究内容37-38
• 参考文献38-54
• 第二章 不同粒径CdTe: Zn~(2+)量子点与HSA相互作用机制研究54-86
• 2.1 引言54-55
• 2.2 实验部分55-60
• 2.2.1 主要的实验仪器和试剂55-56
• 2.2.1.1 主要的实验仪器55-56
• 2.2.1.2 主要的实验试剂56
• 2.2.2 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点的合成[4]56-57
• 2.2.3 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点的表征57-58
• 2.2.3.1 紫外-可见吸收光谱57
• 2.2.3.2 荧光发射光谱57
• 2.2.3.3 相对荧光量子产率[26-27]57-58
• 2.2.3.4 pH对CdTe:Zn~(2+)量子点荧光强度的影响58
• 2.2.4 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA的相互作用58-60
• 2.2.4.1 荧光光谱法58-59
• 2.2.4.2 紫外-可见吸收光谱59
• 2.2.4.3 傅里叶转换红外光谱59
• 2.2.4.4 圆二色光谱59-60
• 2.3 结果与讨论60-80
• 2.3.1 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点的表征60-62
• 2.3.1.1 紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱60-61
• 2.3.1.2 高分辨电子显微镜(HRTEM)61
• 2.3.1.3 相对荧光量子产率61
• 2.3.1.4 pH对CdTe:Zn~(2+)量子点荧光强度的影响61-62
• 2.3.2 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA的相互作用62-80
• 2.3.2.1 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点对HSA内源荧光的猝灭作用62-63
• 2.3.2.2 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA相互作用的猝灭机制63-68
• 2.3.2.3 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点与HSA的主要作用力68-72
• 2.3.2.4 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点在HSA上的结合位点72-73
• 2.3.2.5 表观结合常数(K_b)和结合位点数(n)73-75
• 2.3.2.6 结合距离(r)75-76
• 2.3.2.7 不同粒径CdTe:Zn~(2+)量子点对HSA二级结构的影响76-80
• 2.4 本章小结80-81
• 参考文献81-86
• 第三章 InP/ZnS量子点与HSA相互作用机制研究86-108
• 3.1 引言86-87
• 3.2 实验部分87-89
• 3.2.1 主要的实验仪器和试剂87
• 3.2.1.1 主要的实验仪器87
• 3.2.1.2 主要的实验试剂87
• 3.2.2 水溶性InP/ZnS量子点的制备[19]87-88
• 3.2.3 InP/ZnS量子点的表征88
• 3.2.3.1 紫外-可见吸收光谱88
• 3.2.3.2 荧光发射光谱88
• 3.2.3.3 相对荧光量子产率的测定[22]88
• 3.2.3.4 pH对InP/ZnS量子点荧光强度的影响88
• 3.2.4 InP/ZnS量子点与HSA的相互作用88-89
• 3.2.4.1 荧光光谱法88-89
• 3.2.4.2 紫外-可见吸收光谱89
• 3.2.4.3 傅里叶转换红外光谱89
• 3.2.4.4 圆二色光谱89
• 3.3 结果与讨论89-103
• 3.3.1 InP/ZnS量子点的表征89-92
• 3.3.1.1 紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱89-90
• 3.3.1.2 高分辨电子显微镜(HRTEM)90-91
• 3.3.1.3 相对荧光量子产率91
• 3.3.1.4 pH对InP/ZnS量子点荧光强度的影响91-92
• 3.3.2 InP/ZnS量子点与HSA的相互作用92-103
• 3.3.2.1 InP/ZnS量子点对HSA内源荧光的猝灭作用92-93
• 3.3.2.2 InP/ZnS量子点与HSA作用的猝灭类型93-97
• 3.3.2.3 InP/ZnS量子点与HSA的主要作用力97-98
• 3.3.2.4 InP/ZnS量子点在HSA上的结合位点98-99
• 3.3.2.5 表观结合常数(K_b)和结合位点数(n)99-100
• 3.3.2.6 InP/ZnS量子点对HSA二级结构的影响100-103
• 3.4 本章小结103-104
• 参考文献104-108
• 第四章 荧光碳点与HSA相互作用机制研究108-138
• 4.1 引言108-109
• 4.2 实验部分109-112
• 4.2.1 主要的实验仪器和试剂109-110
• 4.2.1.1 主要的实验仪器109
• 4.2.1.2 主要的实验试剂109-110
• 4.2.2 碳点的合成[25]110
• 4.2.3 碳点的表征110-111
• 4.2.3.1 紫外-可见吸收光谱110
• 4.2.3.2 最优激发波长110
• 4.2.3.3 荧光激发光谱和发射光谱110
• 4.2.3.4 傅里叶转换红外光谱110
• 4.2.3.5 相对荧光量子产率的测定[26-27]110
• 4.2.3.6 pH对碳点荧光强度的影响110-111
• 4.2.3.7 平均相对分子量[23]111
• 4.2.3.8 高分辨电子显微镜(HRTEM)111
• 4.2.4 碳点与HSA的相互作用111-112
• 4.2.4.1 荧光光谱法111-112
• 4.2.4.2 紫外-可见吸收光谱112
• 4.2.4.3 傅里叶转换红外光谱112
• 4.2.4.4 圆二色光谱112
• 4.2.4.5 电化学方法112
• 4.3 结果与讨论112-132
• 4.3.1 碳点的表征112-117
• 4.3.1.1 紫外-可见吸收光谱112-113
• 4.3.1.2 最优激发波长113-114
• 4.3.1.3 荧光激发光谱和发射光谱114
• 4.3.1.4 傅里叶转换红外光谱114-115
• 4.3.1.5 相对荧光量子产率115
• 4.3.1.6 pH对碳点荧光强度的影响115-116
• 4.3.1.7 平均相对分子量116
• 4.3.1.8 高分辨电子显微镜(HRTEM)116-117
• 4.3.2 碳点与HSA的相互作用117-132
• 4.3.2.1 碳点对HSA内源荧光的猝灭作用117-118
• 4.3.2.2 碳点与HSA相互作用的猝灭类型118-122
• 4.3.2.3 碳点与HSA作用的主要作用力122-125
• 4.3.2.4 碳点在HSA上的结合位点125-126
• 4.3.2.5 表观结合常数(K_b)和结合位点数(n)126-127
• 4.3.2.6 电化学方法127-128
• 4.3.2.7 碳点对HSA二级结构的影响128-132
• 4.4 本章小结132-133
• 参考文献133-138
• 第五章 石墨烯量子点与HSA相互作用机制研究138-162
• 5.1 引言138-139
• 5.2 实验部分139-141
• 5.2.1 主要的实验仪器和试剂139-140
• 5.2.1.1 主要的实验仪器139
• 5.2.1.2 主要的实验试剂139-140
• 5.2.2 石墨烯量子点的表征140
• 5.2.2.1 紫外-可见吸收光谱140
• 5.2.2.2 最优激发波长140
• 5.2.2.3 荧光激发光谱和发射光谱140
• 5.2.3 石墨烯量子点与HSA的相互作用140-141
• 5.2.3.1 荧光光谱140-141
• 5.2.3.2 紫外-可见吸收光谱141
• 5.2.3.3 傅里叶转换红外光谱141
• 5.2.3.4 圆二色光谱141
• 5.2.3.5 电化学方法141
• 5.3 结果与讨论141-155
• 5.3.1 石墨烯量子点的表征141-143
• 5.3.1.1 紫外-可见吸收光谱141-142
• 5.3.1.2 最优激发波长142-143
• 5.3.1.3 荧光激发光谱和发射光谱143
• 5.3.2 石墨烯量子点与HSA的相互作用143-155
• 5.3.2.1 石墨烯量子点对HSA内源荧光的猝灭作用143-144
• 5.3.2.2 石墨烯量子点与HSA相互作用的猝灭类型144-148
• 5.3.2.3 石墨烯量子点与HSA的主要作用力148-150
• 5.3.2.4 石墨烯量子点在HSA上的结合位点150
• 5.3.2.5 石墨烯量子点对HSA二级结构的影响150-153
• 5.3.2.6 电化学方法153-155
• 5.4 本章小结155-156
• 参考文献156-162
• 第六章 一种以石墨烯量子点为荧光探针检测Cr(Ⅵ)和抗坏血酸的“开-关-开”荧光传感器162-188
• 6.1 引言162-163
• 6.2 实验部分163-168
• 6.2.1 主要的实验仪器和试剂163-164
• 6.2.1.1 主要的实验仪器163-164
• 6.2.1.2 主要的实验试剂164
• 6.2.2 实际样品前处理164
• 6.2.3 石墨烯量子点的表征164-165
• 6.2.3.1 紫外-可见吸收光谱164
• 6.2.3.2 荧光最优激发波长164-165
• 6.2.3.3 荧光激发光谱和发射光谱165
• 6.2.3.4 石墨烯量子点的稳定性165
• 6.2.3.5 相对荧光量子产率的测定[36-37]165
• 6.2.4 Cr(Ⅵ)的检测165-166
• 6.2.4.1 体系条件的优化165
• 6.2.4.2 Cr(Ⅵ)的检测线性范围和检出限165-166
• 6.2.4.3 共存离子的干扰实验166
• 6.2.4.4 混合样品中Cr(Ⅵ)的检测166
• 6.2.4.5 实际样品中Cr(Ⅵ)的检测166
• 6.2.5 AA的检测166-167
• 6.2.5.1 体系条件的优化166-167
• 6.2.5.2 AA的检测线性范围和检出限167
• 6.2.5.3 离子、氨基酸、还原剂的干扰实验167
• 6.2.5.4 混合样品中AA的检测167
• 6.2.5.5 实际样品中AA的检测167
• 6.2.6 GQDs-Cr(Ⅵ)体系的猝灭机制167-168
• 6.2.6.1 紫外-可见吸收光谱167-168
• 6.2.6.2 时间分辨荧光衰减曲线的测定168
• 6.2.6.3 傅里叶转换红外光谱168
• 6.3 结果和讨论168-183
• 6.3.1 石墨烯量子点的表征168-170
• 6.3.2 Cr(Ⅵ)的检测170-176
• 6.3.2.1 体系条件的优化170-171
• 6.3.2.2 Cr(Ⅵ)的检测线性范围和检出限171-172
• 6.3.2.3 共存离子的干扰实验172-173
• 6.3.2.4 样品中Cr(Ⅵ)的检测173-176
• 6.3.3 AA的检测176-180
• 6.3.3.1 体系条件的优化176-177
• 6.3.3.2 AA的检测线性范围和检出限177-178
• 6.3.3.3 AA检测的干扰实验178-179
• 6.3.3.4 合成样品中AA的检测179-180
• 6.3.3.5 实际样品中AA的检测180
• 6.3.4 GQDs-Cr(Ⅵ)体系的猝灭机制180-183
• 6.3.4.1 紫外-可见吸收光谱法180-182
• 6.3.4.2 时间分辨荧光衰减曲线182
• 6.3.4.3 傅里叶转换红外光谱182-183
• 6.4 本章小结183-184
• 参考文献184-188
• 硕士期间已发表的论文188-189
• 硕士期间已申请的专利189-190
• 致谢190-191

，

本文编号：920955