金纳米棒在生物小分子检测及区分中的应用

发布时间：2020-08-03 17:28

【摘要】：多胺、核苷酸和硫醇等生物小分子在生物体液中的含量与人类健康息息相关,这些小分子常作为诊断疾病、监测生物体生命活动的标志物,同时在维持生物体内的新陈代谢、组织修复、能量供应及信息传递等方面起着重要的作用。由于不同的小分子与不同的疾病相关联,所以对于同类小分子的选择性检测及区分显得尤为重要。但是,由于同类生物小分子之间的结构十分相似,使得对它们进行高选择性的检测及简单、准确的区分还存在一定的挑战。因此,本文针对生物体液中同类小分子的选择性检测及区分开展了以下三个方面的研究:1、基于金纳米棒(AuNRs)与四(4-磺酸苯基)卟啉(TPPS_4)之间的表面能量转移(NSET)实现了尿液中精胺的选择性检测。AuNRs,作为一种新型的一维纳米材料,具有优良的光学性质,其吸收根据纵横比的变化在可见到近红外连续可调,并且其溶液颜色也随之呈现出丰富的变化。这一优点使其在化学、医学等领域得到广泛应用。在本研究中,基于带正电的AuNRs和带负电的TPPS_4之间的NSET,建立了一种高选择性地检测人尿液中精胺的方法。在酸性条件下,多阳离子精胺通过静电作用力和沟槽结合力对小牛胸腺DNA(ctDNA)的阴离子磷酸骨架具有强亲和力,使得AuNRs和TPPS_4之间通过静电作用力靠近而发生能量转移,导致TPPS_4的荧光猝灭。此外,猝灭的荧光强度值与精胺的浓度成正比,可在0.5-7.5μM的浓度范围内监测人尿中的精胺。该方法简单、灵敏、省时,对癌症早期诊断具有重要意义。2、基于AuNRs的腐蚀和主成分分析(PCA)对尿液中核苷酸类生物小分子进行区分。PCA,作为一种数据分析方法,其可以通过降维处理使分析的问题变得简单。本文将四种不同径向比的AuNRs作为区分阵列,同时结合PCA,建立了一种可视化区分十二种核糖核苷酸的方法。由于芬顿反应产生的羟基自由基对AuNRs进行腐蚀后,可使AuNRs的形状由棒状变成球形,同时其溶液颜色也会发生一系列的改变,而Fe~(2+)在芬顿反应中起着重要作用,当Fe~(2+)与核苷酸中的磷酸基团和碱基配位后,抑制了芬顿反应的发生,使其对AuNRs的腐蚀能力变弱或者消失。而不同的核苷酸由于结构的差异,与Fe~(2+)的配位能力不同,导致AuNRs被腐蚀的程度存在一定差距。从而达到可视化区分十二种核糖核苷酸的目的。同时该方法还能在复杂的生物样品(人体尿液)中对核糖核苷酸进行区分。3、基于AuNRs的腐蚀和PCA对尿液中硫醇小分子进行检测及区分。在本工作中,建立了一种检测及区分硫醇小分子的传感阵列,该阵列由AuNRs和四种金属离子(Hg~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)、Ag~+)构成。芬顿反应的发生导致AuNRs被腐蚀,使AuNRs的形状由棒状变成球形,同时其溶液颜色也会随之改变。然而,生物硫醇可通过Au-S键与AuNRs共价结合来抑制芬顿反应对AuNRs的腐蚀,达到检测硫醇的目的。有趣的是,该过程可受到与生物硫醇具有高亲和力的不同金属离子的干扰,从而阻碍硫醇与AuNRs的结合,导致AuNRs被腐蚀。生物硫醇和金属离子之间亲和力的差异使得传感阵列表现出与指纹相似的特征,因此可用于区分不同的硫醇。该策略结合了PCA和传感阵列,实现了对硫醇快速、准确的检测及区分。此外,该方法还可用于区分人尿样中的硫醇小分子。总之,本论文以AuNRs为光学探针,基于AuNRs的表面能量转移和腐蚀,结合PCA,建立了简单、快速的检测分析方法,实现了选择性地检测及区分尿液中不同的生物小分子。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O614.123;TB383.1;R446.12
【图文】：

精胺,核壳结构,自组装,平台

西南大学硕士学位论文荧光染料、量子点、碳纳米材料及贵金属纳米簇等。Tu 等的静电作用，构建了一个核壳结构的自组装平台(图 1.1)尿液中精胺的高选择性检测[24]。Chen 课题组选择香豆素作素上修饰猝灭分子，香豆素与猝灭分子之间发生光诱导素的荧光猝灭。当加入 GSH 后，由于猝灭剂分子中的硝SH 之间发生特定的迈克尔加成反应，阻止了 PET 过程的复，该方法实现了癌细胞中的 GSH 成像检测[25]。Li 等M 之间的 PET 构建了一个荧光开关，通过在 DNA 上修CeO2纳米粒子之间的强亲和力，DNA 吸附到纳米粒子上发生能量转移，荧光猝灭。但是当存在 ATP 后，由于其高的亲和力，使修饰了 FAM 的 DNA 从纳米粒子上脱落而达到检测血液及尿液中 ATP 含量的目的[26]。

示意图,荧光传感器,磷酸根,阵列

过这个信号差异，建立了区分细胞内的Cys/Hcy和GSH的方法[27]。如图1.2所示，Sun 等人利用碳点与不同金属离子亲和力的差异，设计了三个阵列。当金属离子与碳点作用后，碳点聚集导致其荧光猝灭，而加入不同的核苷酸或磷酸根离子后，核苷酸或磷酸根离子与金属离子络合，阻止了碳点的聚集导致其荧光恢复。利用区分对象与不同阵列之间作用的差异，结合 PCA 和 HCA 两种数据处理方法，实

体系,光学传感,磷酸盐化,双模

图 1.3 基于 Ag+-TMB 体系检测 GSH[28]Fig. 1.3 the Ag+-TMB system for the detection of GSH[28]4 pH 调节的 TPPS / Ln-UCNPs 双模光学传感阵列以区分磷酸盐化. 1.4 A pH-regulated TPPS/Ln-UCNPs dual-mode optical sensor arradistinguishiment of phosphate compounds[30]法

【参考文献】