新型AuPt-MB纳米棒与MOFs杂化石墨烯纳米带的合成及在心血管疾病分子检测中的应用研究

发布时间：2020-10-24 17:54

　　 近年来,纳米材料因具有较大的比表面积、独特的表面活性、良好的生物相容性、pH敏感性以及特有的光热效应等显著优点,在医学、生命科学、药物递送、环境检测、食品安全检查以及生物分析等领域成为被广泛研究的热点之一。同时随着纳米技术的迅速发展和多形态多功能的新型纳米材料不断涌现,使得纳米材料在生物医学领域具有更好的应用前景。基于纳米材料的以上优势,在本研究中,我们采用较简单的一锅法首次合成一种新型具有氧化还原活性的金铂-亚甲蓝(AuPt-MB)纳米棒;同时结合氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs)、铁-金属有机框架(Fe-MOFs)和金纳米颗粒(AuNPs)的优势,首次制备得到铁-金属有机框架和金纳米颗粒修饰的氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs)纳米复合材料。并对这两种新型纳米材料在生物医学领域的应用做了初步探索。其中,亚甲蓝(MB)作为一种新兴电子媒介体具有优异的电化学活性,其以电聚合物形态常用于生物分析、DNA检测以及信号传导等应用研究。但是,电聚合亚甲蓝的不均匀的形态,而使其在更广泛的应用研究中受到限制。在本研究中,将氯金酸(HAuCl_4)和氯铂酸(H_2PtCl_6)等贵金属盐与MB混合反应得到的AuPt-MB不仅具有均匀的纳米棒形态,而且因AuPt双金属纳米材料的引入使其具有更优异的生物相容性以便进一步与各种生物分子以及蛋白标志物相结合,以实现其在临床生物标志物、药效评价以及药物治疗疗效监测分析等领域的应用价值。金属有机框架(MOFs)作为一种沸石状结晶多孔材料具有很好的稳定性、吸附性和较大的比表面积。可以通过Au-N化学键在其表面修饰固载大量的金纳米颗粒(AuNPs)以提高其电化学活性和生物分子相容性,并且通过Au和-NH2基团之间的强相互作用可以与各种生物分子以及临床生物蛋白标志物相结合,使其在生物医学领域具有更广泛的应用价值。将具有卓越导电性能、稳定性和较强吸附性的氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs)与Fe-MOFs@AuNPs杂合可以进一步提高N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs纳米复合物的电子传递效率及稳定性。最后,为了进一步验证这两种新型纳米材料的卓越性能以及初步探索其在生物医学领域的应用。我们基于AuPt-MB作为新型氧化还原纳米信号探针联合N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs纳米复合物修饰电极作为传感器构件,设计了特异性检测半乳糖凝集素-3(Gal-3)的夹心式免疫生物传感器,以实现对Gal-3的快速、简便和高灵敏的特异性检测。在最优化的实验条件下,该免疫生物传感器在100 fg mL~(-1)~50 ng mL~(-1)的浓度范围内呈现良好的线性响应,最低检测限为33.33 fg mL~(-1)(S/N=3)。此外,该生物传感器对目标物Gal-3显示出良好的特异性,重复性和稳定性。其在人体血液样品分析中令人满意的检测结果,显示出其在临床生物标志物、药效评价以及药物治疗疗效监测分析等生物医学领域的潜在应用前景。
【学位单位】：重庆医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;R54;R446.6
【部分图文】：

采用 NaBH4还原法合成制备 Fe-MOFs@AuNPs 复合物，称取 1 mg 上述已制备的 Fe-MOFs 用 1mL 超纯水超声溶解，加入 1 mL HAuCl4(1wt%)剧烈超声 20min。随后，将以上溶液置于磁力搅拌器上进行搅拌(400 rpm)并逐滴加入 2 mL 的NaBH4(0.1 M)，待溶液变为酒红色后持续搅拌 30 min。最后，将以上溶液离心(8000r/min 5 min)去除未反应的残留反应物，并用超纯水离心清洗三次后再分散于2 mL 超纯水中，4℃存放备用。1.6 N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs 的制备N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs 纳米复合材料的制备过程见图 1。首先，称取 1 mgN-GNRs 并用 1 mL 超纯水超声溶解，随后将其与已制备好的 2 mL 1 mg mL-1的Fe-MOFs@AuNPs 复合物溶液超声混合 30 min，然后继续在室温条件下持续搅拌(600 rpm) 12h。最后，将上述混合溶液 5000 r/min 离心 10 min 除去未反应的残留物，并用超纯水离心清洗三次后再分散于 2 mL 超纯水中，4 ℃条件下保存备用。

上述混合溶液 8000 r/min 离心 10 min 除去未反应的残留物，并用超纯水离心清洗2~3 次后，再分散于 2 mL 0.1M 磷酸盐缓冲液(PBS pH7.0)中，4℃保存备用。1.8 AuPt-MB-Gal-3-Ab2的制备AuPt-MB-Gal-3-Ab2信号探针的制备过程见图 2。将 Gal-3-Ab2的原溶液稀释一百倍后量取 100 μL 加入到 2mL 已制备的 AuPt-MB 纳米复合物溶液中，放置 4℃条件下缓慢搅拌(80 rpm)孵育 12 h。随后，加入 40 μLBSA(1 wt%)继续孵育 6 h 以封闭 AuPt-MB 上的非特异性吸附结合位点。最后，将上述混合溶液离心除去未反应的残留物（5000 r/min, 3 min），并用超纯水离心清洗三次后再分散于 2 mL0.1 MPBS (pH =7.0) 中，放置 4 ℃ 条件下储存备用。在本研究实验中，所使用Au-MB-Gal-3-Ab2和 Pt-MB-Gal-3-Ab2的制备操作与 AuPt-MB-Gal-3-Ab2制备操作相似，因此在本文中不在重复描述。

图 4 EDS 元素分析图 A：AuPt-MB B：Fe-MOFs@AuNPsFig. 4. (A) EDS of AuPt-MB, (B) EDS of Fe-MOFs@AuNPs.2.3 N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs 纳米复合物的协同效应验证为了验证 N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs 纳米复合材料在综合协同效应，依次将具 有 相 同 浓 度 的 Fe-MOFs 、 N-GNRs 、 Fe-MOFs@AuNPs 和N-GNRs-Fe-MOFs@AuNPs 纳米材料分别修饰在 GCE 裸电极表面，进行差示脉冲伏安法(DPV)检测。实验结果如图 5B 所示，当将裸 GCE 电极置于 K3[Fe(CN)6]电解液中进行 DPV 检测时，因 K3[Fe(CN)6]再电解条件下自身存在氧化还原反应，所以得到一条具有很明显的氧化峰电流信号曲线(曲线 a)。随后将具有相同浓度的Fe-MOFs(曲线 b)，Fe-MOFs@AuNPs(曲线 c)和 N-GNRs(曲线 d)纳米复合材料分别修饰在 GCE 电极表面后，将其置于电解液中进行 DPV 检测，由于这些修饰材料
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本文编号：2854799