DNA保护的银纳米簇的聚集诱导发光增强效应及其在生物检测中的应用
本文关键词：DNA保护的银纳米簇的聚集诱导发光增强效应及其在生物检测中的应用
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【摘要】：DNA保护的银纳米簇(silver nanoclusters,AgNCs)具有较好的光稳定性、良好的生物相容性以及发光范围可调等优点,正在吸引越来越多的科研工作者投入其中以探索其在诊断和治疗等方面的应用。DNA保护的AgNCs与具有识别功能的DNA适配子的结合,进一步扩展了其在生物体系检测分析以及生物成像等领域的应用。近年来,研究发现金属纳米簇具有聚集诱导发光增强(aggregationinduced luminescence enhancement,AILE)特性,对改善金属纳米簇发光性能具有非常显著的效果,从而提升其在检测和成像等领域的应用前景。因此,我们通过设计合理的DNA序列来合成AgNCs,通过合适的调节因子,基于AILE的效应实现对DNA保护的AgNCs发光性能的可控调节并扩展其在生物分子检测中的应用。本论文设计、合成了由双链DNA保护的AgNCs(AgNCs-dsDNA);研究其与特定的蛋白质的相互作用;并通过光致发光光谱法监测该过程,考察该类AgNCs是否具有AILE特性,并揭示相关分子机制和机理。基于这些研究思路,我们主要开展了两部分工作:一、利用AgNCs-dsDNA与恶性疟原虫乳酸脱氢酶(plasmodium falciparum Lactate dehydrogenase,pfLDH)相互作用诱导光致发光增强,并结合特异性的DNA适配子实现了对pfLDH的痕量检测。pfLDH的主要生物功能是将丙酮酸转化成乳酸,是一种重要的恶性疟原虫诱导的疟疾的生物标记物。AgNCs-dsDNA对pfLDH具有两步光致发光响应:当AgNCs-dsDNA浓度为1.0μM时,能够在较宽的范围内检测pfLDH(≤1500 n M)。通过降低AgNCs-dsDNA浓度(0.10μM),降低了对pfLDH的检测限(LOD);经过计算测得LOD达到了0.2 n M(7.4 pg/μL),该值落在在临床病人血清浓度范围(3-15 pg/μL)之内。而且,该方法被成功地用于检测胎牛血清中的pfLDH,显示了其在疟疾临床诊断中的潜在应用前景。此外,我们还研究了该方法的选择性、抗干扰能力以及对p H的响应等;最后,通过加入适配子2008s,能够引起AgNCs-dsDNA与pfLDH复合体系光致发光增强被部分猝灭,以此区分pfLDH同系物间日疟原虫乳酸脱氢酶(plasmodium vivax lactate dehydrogenase,pv LDH)和人源疟原虫乳酸脱氢酶(human lactate dehydrogenase,h LDH)。此外,我们还对AgNCs-dsDNA与pfLDH作用的诱导光致发光增强进行了深入研究和探讨。(1)由适配子2008s部分猝灭AgNCs-dsDNA与pfLDH光致发光增强,得出AgNCs-dsDNA与pfLDH作用位点可能和适配子相同;在两步的光致发光增强响应中,第二步光致发光强度大幅增强与该作用位点有关;第一步缓慢增强可能与其他作用位点有关,有待进一步研究。(2)通过pfLDH与AgNCs-dsDNA作用,限制了配体DNA的振动和转动,减小了非辐射衰变引起的能量损失,从而使得光致发光增强。(3)进一步研究了G-rich链段在增强过程中的重要作用,通过对比单链DNA保护的AgNCs(AgNCs-ss DNA)与pfLDH作用之后光致发光增强倍数,我们推断出富含电子的G-rich增强了配体-金属电荷传输(ligand-metal charge transport,LMCT)或者配体-金属-金属电荷传输(ligand-metal-metal charge transport,LMMCT),从而引起光致发光增强。二、AgNCs-dsDNA与BSA相互作用能够诱导光致发光强度最大增强5倍,并且发射峰位置发生蓝移。我们将这种增强归因于BSA与配体双链DNA(dsDNA)之间的非特异性的静电相互作用,形成复合物并产生聚集,从而限制了配体DNA的振动和转动,减少了非辐射衰变引起的能量损失,该过程通过透射电子显微镜(TEM)可以观察到松散的片层结构。进一步的,通过将胰蛋白酶加入到AgNCsdsDNA与BSA组成的共混体系,AgNCs-dsDNA的光学性质进一步被胰蛋白酶改变,最大产生大约30倍的光致发光增强,主要由于BSA水解产物诱导AgNCsdsDNA进一步聚集,通过TEM我们可以观察到生成了更加致密的纳米微球,直径大于50 nm。我们还通过紫外-可见光谱以及时间分辨荧光光谱对其本质进行解释,聚集形成纳米微球之后,短寿命消失,说明从本质上来说,光致发光增强是由于聚集之后为AgNCs-dsDNA提供了一个更好的保护环境,将AgNCsdsDNA与水分开,减少水淬灭作用;而且聚集之后,限制了分子内配体DNA的振动和转动,减少了非辐射跃迁引起的能量损失,提高了辐射跃迁的比例,从而AgNCs-dsDNA光致发光强度急剧增强。因此,我们通过BSA以及胰蛋白酶或糜蛋白酶成功实现对AgNCs-dsDNA光学性质调控的目的。该方法可以拓展调控其他金属纳米簇体系,通过选用合适蛋白以及酶体系调控其光学性能。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3
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，本文编号：1276262
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