基于共振光散射和荧光技术构建纳米传感器的研究

发布时间：2017-12-12 07:07

  本文关键词：基于共振光散射和荧光技术构建纳米传感器的研究

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【摘要】：凝血酶是一种丝氨酸蛋白酶,在凝血系统中具有促凝和抗凝双重功能。凝血酶由凝血酶原活化生成,并催化可溶的纤维蛋白原生成链状的不可溶的纤维蛋白,从而促进凝血,同时在炎症调节、血管生成、组织修复和肿瘤生物学中发挥着重要作用,可以作为相关疾病诊断的生物标识物。凝血酶是凝血机制的重要衡量指标,也是一些疾病诊断的生物标识物。因此,对凝血酶的检测在临床疾病的早期诊断、疗效的监测和评估中都具有重要意义。miRNA是一种含有22个左右碱基,具有调控作用的核苷酸,由内源性短发夹转录而来,一般认为其主要功能是对mRNA以及其他RNA进行反义调控。通常情况下,miRN A通过碱基互补配对与目标mRNA结合,来调节转录后蛋白质的合成。大量的研究显示,很多疾病,如人类癌症,心血管疾病和病毒感染都直接与miRNA的表达有关。因此,有效的定量检测miRNA对生物医学研究,早期临床诊断,疾病发病机制的研究和治疗干预都具有重要意义。焦磷酸根(PPi)是生命过程的基本物质,在生物系统中,PPi是由许多生化反应所产生的,如ATP水解,DNA和RNA聚合形成的环磷酸腺苷酶腺苷酸环化酶的聚合,和酶促脂肪酸的活化形成它们的辅酶A酯。许多病理性疾病,如家族性软骨钙化,都与无机磷酸根离子的运输和调控异常有关。因此,凝血酶、miRNA、焦磷酸根早已成为最受注目的一类待测物。本论文就是利用纳米材料,基于共振光散射技术,检测这些对人体健康有重要意义的物质。本论文工作包括三个部分:1、基于共振光散射技术构建可重复使用的凝血酶传感器我们提出了一个可重复使用的、敏感的和特异的方法构建生物传感器来检测人凝血酶。此生物传感器是基于共振光散射(RLS),并利用磁性纳米颗粒(MNPs)为RLS探针。磁性纳米粒子表面修饰了链霉亲和素,能与生物素标记的凝血酶适配体结合。纳米粒子-适配体复合材料能分散在水介质中。当凝血酶加入,在磁性纳米粒子的表面会形成夹层结构,从而导致MNPs聚集,RLS信号增强,并且在60 pM-6.0 nM的检测限范围,RLS增量和凝血酶浓度之间呈线性关系,检测限为3.51 pM(3.29 SB/m,根据IUPAC近期推荐)。通过加热破坏核酸适配体的G-四链体构象,释放出凝血酶,并通过施加外部磁场捕获MNPs,如此适配体又会重新释放和回收,从而可以至少重复使用6次。此外,我们也将所提出的生物传感器成功地应用于人类血浆中的凝血酶检测中。2、基于磁性纳米材料构建miRNA传感器此工作是借助共振光散射技术,基于具有良好超顺磁性的三氧化二铁纳米材料构建检测癌细胞中miRNA的生物传感器。采用链霉亲和素修饰的磁性纳米材料为增强探针,利用链霉亲和素和生物素特异性结合的原理,将与miRNA序列部分互补的脱氧核糖核酸链修饰在磁性纳米颗粒上面。miRNA与传感器上的DNA探针通过碱基互补配对高度特异性结合所形成稳定的配位化合物,使得MNPs聚集产生更高的RLS信号,从而对miRNA定量检测。该方法的线性范围在3 pM-300 pM之间,且选择性好,能够区分一个碱基错配的miRNA,在miRNA的早期临床检测和生物研究方面有重要意义。3、基于碳量子点荧光体系构建焦磷酸根传感器我们提出了一种新颖的荧光开-关体系选择性检测水溶液中焦磷酸根(PPi)。由于金属离子与碳量子点表面上的羧基基团间能够发生配位反应,所以碳量子点的荧光可以被一些过渡金属离子如Cu2+、Ni2+、Mn2+和Co2+猝灭。当将PPi加入到碳量子点-金属离子体系后,碳量子点的荧光就会被恢复。荧光增量强度在1-200μM的范围内与PPi的浓度成正比,相应的检测限为0.32μM(根据推荐计算方法3.29SB/m计算)。同时我们也讨论了PPi的检测和碳量子点和金属离子之间反应的荧光猝灭的可能机制。此外,该体系已成功用于检测人工湿地水样中焦磷酸根的含量。
【学位授予单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3

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