新型纳米材料在生物传感中的构建及药物筛选中的应用研究

发布时间：2018-03-07 22:23

本文选题：生物传感器　切入点：荧光内滤效应　出处：《曲阜师范大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：生物传感是现代分析科学与生物检测技术的基础,在生命科学、疾病诊断与治疗、食品安全等方面具有广阔的应用前景,是分析化学的前沿领域。生物传感能代替传统实验室复杂费时的生物分析手段,具有选择性好、灵敏度高以及快速、原位、微型化、低成本等优点,为生物代谢过程分析,蛋白质组学研究等提供了有效的手段。随着社会的进步和科学技术的发展,生物传感方法和分析技术也面临着新的需求与挑战,检测对象日益多样化、复杂化;高灵敏度、高选择性、无损伤、无接触等科学问题和技术需求应运而生。近些年来,纳米材料的研究突飞猛进,新型纳米材料不仅具有成本低、合成路线简单、化学稳定性高等优点,还具有生物相容性好、细胞毒性低、吸附能力强等优点,在生物信号识别、检测中越来越展现着重要作用,并且为构建高选择性、高灵敏、快速高效的生物传感器提供了新的设计思路。葡萄糖苷酶是生物体内糖代谢途径中的重要成分之一。其中,α-葡萄糖苷酶在人体内直接参与淀粉及糖原的代谢途径,β-葡萄糖苷酶可以参与纤维素的代谢以及多种生理生化途径。当葡萄糖苷酶的功能发生异常时,通常会导致人体出现代谢类的疾病。同时这类酶也是多种药物与抑制剂的作用靶点,用以调节人体内糖代谢的生理过程。α-葡萄糖苷酶抑制剂作为一种抗糖尿病药物,可以通过控制血糖水平有效防止Ⅱ型糖尿病的恶化。同时,β-葡萄糖苷酶抑制剂在病毒或细菌感染,HIV和癌症等疾病的治疗中具有良好的应用前景。因此,葡萄糖苷酶活性的测定,以及从天然产物中快速准确地筛选葡萄糖苷酶抑制剂等研究对生命科学发展和新药开发具有重要意义。然而,现阶段仍然缺乏对葡萄糖苷酶抑制剂的高灵敏筛选方法,难以达到快速准确筛选的要求。因此,在临床研究和药物研发的领域中,高灵敏度和高选择性的葡萄糖苷酶抑制剂筛选方法是亟待开发的。为了解决现有方法的不足,在查阅大量相关文献的基础上,围绕新型纳米材料及其在生物传感器中的应用,本论文主要研究了几种纳米材料的合成,并且通过其构建生物传感器用于酶或药物有效成分的检测及葡萄糖苷酶抑制剂的药物筛选领域。具体工作如下:(1)在第二章中,首次报导了基于氮掺杂碳量子点(CDs)通过内滤效应(IFE)进行α-葡萄糖苷酶活性检测和抗糖尿病药物的筛选。通过α-葡萄糖苷酶催化,4-硝基苯基-α-D-葡萄糖吡喃苷(NGP)水解得到4-硝基苯酚。由于4-硝基苯酚具有较大的摩尔吸光系数,能够充当高效的吸收剂,通过内滤效应猝灭CDs的荧光信号。通过将吸收信号转换为荧光信号,可以实现简单的荧光测定方法用于α-葡萄糖苷酶活性检测。所构建的的基于IFE的生物传感器可以达到0.01U/L(S/N=3)的低检测限。这种检测方法也成功应用于抑制剂筛选,其中阿卡波糖的检测限经测定为10-8M。此外,在实际样品检测中也获得了令人满意的结果。这种方法具有许多优点,包括简单,低成本损失,高灵敏度,良好的再现性和优异的选择性等。(2)在本章中基于氮掺杂碳量子点(CDs)成功构建了用于检测抗坏血酸(AA)的快速,灵敏的荧光传感系统。通过一步水热合成制备了在水中具有优异溶解性和良好生物相容性的高度光致发光的掺杂型CDs。通过内过滤效应(IFE)和静态猝灭效应(SQE)的协同作用,AA的可以强烈抑制CDs的荧光,据此可以实现对AA的快速和超灵敏检测。AA的检测范围为10-3至10-8M,检测限为5nM。这种方法具有许多优点,包括简单,低成本损失,高灵敏度,良好的选择性,快速响应和优异的生物相容性。值得注意的是,所构建的生物传感器在人血清和大鼠脑微透析液中AA的检测同样展示了优异的性能和良好的适用性。(3)在第四章中,基于内滤效应(IFE)开发了一种新型的超灵敏荧光检测方法,通过氮掺杂碳量子点(CDs)对β-葡萄糖苷酶的活性进行检测,其中β-葡萄糖苷酶活性检测使用4-硝基苯基-β-D-葡萄糖吡喃苷(PNPG)作为酶底物,具有绿色发射的光致发光氮掺杂的CDs用作信号响应。本研究中β-葡萄糖苷酶的检出限为10-4U/mL。由于异喹啉生物碱的潜在的药理作用和临床效用,我们选择了紫堇灵,小檗碱和去氢紫堇灵首次用于β-葡萄糖苷酶抑制检测。其中,紫堇灵对β-葡萄糖苷酶显示出显著抑制效果,并且在0.1μM的检测限下获得了优异的检测结果。(4)糖尿病是一类以高血糖为特征的代谢疾病,严重危害人类健康。α-葡萄糖苷酶抑制剂作为一种有效和安全的抗糖尿病药物,受到了广泛关注。然而,从天然材料发现抗糖尿病药物的研究仍然是一个很大的挑战。在这里,我们提出了一种简单有效的策略,以银纳米三角片作为信号响应,基于多酶复合物进行α-葡萄糖苷酶抑制剂的检测和筛选。成功构建了用于α-葡萄糖苷酶抑制剂(阿卡波糖)检测的传感器,并获得了令人满意的结果。此外,该检测方法被成功地用于从天然产物中筛选痕量的α-葡萄糖苷酶抑制剂。
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【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TP212.3;TQ460.72

【参考文献】