基于上转换颗粒等新型纳米材料的生物传感方法研究

发布时间：2019-04-11 18:23

【摘要】：生物传感技术由于其具有选择性好、响应速度快、成本低和可进行在线分析等优点,在实际分析检测和生物医药领域得到了高度的重视和广泛的应用。近些年,纳米材料由于其独特的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质,表现出一系列与常规尺寸材料不同的光学、力学、磁学和电学等性能,因而在诸多领域发展迅猛。纳米材料与生物传感技术的相互结合,极大地推动了生命科学、纳米科学和生物医学等领域的快速发展。本论文基于上转换荧光纳米颗粒(UCNPs)、氧化氢氧化钴(Co OOH)纳米片和荧光金纳米簇(Au NCs),发展低成本、操作简便和灵敏度高的新型纳米生物传感方法,实现对磷脂酶D(PLD)、小分子、信使RNA(m RNA)和酶活性的灵敏检测分析,同时实现对癌症的传感检测、成像诊断以及协同治疗。其具体内容如下:第2章中,PLD是细胞内信号转导的重要部分,涉及到重要的生物学过程,PLD在诸多癌症中异常表达,因而可以视为癌症中潜在的诊断生物标记物和药物开发的靶标。我们发展了基于磷脂修饰的上转换纳米探针用于比率型上转换荧光(UCF)检测和生物成像PLD活性。纳米探针可通过疏水相互作用将聚乙二醇修饰的磷脂和罗丹明B标记的磷脂自组装在疏水UCNPs表面。纳米体系中发生了从UCNPs的540 nm处UCF发射与罗丹明B紫外吸收之间的荧光共振能量转移(FRET)过程。PLD介导的磷酸二酯键水解使得罗丹明B远离UCNP表面,导致FRET过程受到抑制。使用不受影响的655 nm处UCF发射作为内标,纳米探针可以高灵敏和选择性地比率型UCF检测PLD活性。此纳米探针还可以检测细胞裂解液中PLD活性,证实在乳腺癌细胞中PLD活性比正常乳腺细胞高出7倍。而且该纳米探针还可以通过UCF生物成像来实现活细胞中PLD活性检测。实验结果证明,该纳米探针提供了简单、灵敏和稳定的生物传感平台,可用于生物医学领域中即时诊断和药物筛选。第3章中,抗坏血酸(AA)在很多生物化学过程中是一个关键的微量物质,并且容易清除活性氧。我们发展了Co OOH纳米片修饰的上转换纳米体系用于荧光检测人血浆中AA活性。纳米体系的组成是UCNPs作为能量供体,在UCNPs表面形成的Co OOH纳米片作为有效的能量受体。在体系中,UCNPs的荧光发射与Co OOH纳米片的紫外吸收之间发生了FRET过程。AA介导的特异性还原反应将Co OOH纳米片还原成Co2+,抑制FRET过程,UCF发射得到恢复。纳米体系可以用来灵敏和选择性地检测AA活性。由于UCNPs极小的背景干扰,纳米体系可以应用于检测人血浆样品中AA水平,并且有较为满意的结果。该方法潜在地提供了一个用于aa相关疾病的研究和临床诊断的分析平台。第4章中,多功能纳米颗粒平台通常集合生物传感、成像诊断和治疗等多种作用于一体,对生物纳米医学和癌症临床诊断治疗有着非常重要的意义。我们发展了基于多功能聚多巴胺(pda)修饰的上转换纳米体系用于检测细胞内mrna和成像介导光动力学-光热治疗(pdt-ptt)协同作用。纳米体系可以通过分步包覆修饰的方法合成,首先在疏水性ucnps表面包覆一层薄sio2壳层,并掺杂光敏剂亚甲基蓝(mb),形成ucnp@sio2-mb。继续包覆一层pda壳,即可制备核-壳-壳结构ucnp@sio2-mb@pda。由于pda具有吸附单链dna(ssdna)并淬灭ssdna上标记染料荧光的性质,且对双链dna(dsdna)吸附能力较弱,可构建ucnp@sio2-mb@pda-hpdna纳米探针,用来检测细胞内mrna,实现所构建纳米探针的检测传感和成像诊断性能;此外,通过ucnps与mb间的fret过程,使得ucnp@sio2-mb@pda具有pdt功效;再者,由于pda有强的紫外可见吸收,ucnps的800nm荧光发射峰可用来激发pda产生光热效应,因而ucnp@sio2-mb@pda具有ptt功效。本章中所发展的多功能pda修饰的上转换纳米体系可将生物传感、成像诊断和多功能治疗作用集于一体,为设计新型多功能用于生物医药成像研究的纳米复合物提供了有效的策略。第5章中,多聚核苷酸激酶(pnk)催化核苷酸5’-oh末端的磷酸化作用是不可避免的过程,且涉及到诸多重要的细胞生理活动。我们首次发现coooh纳米片对ssdna和dsdna吸附有显著差别,导致荧光染料标记的dsdna与coooh纳米片作用后仍具有强的荧光发射,而ssdna荧光信号则被coooh纳米片淬灭。结合λ外切酶水解反应,我们发展了基于coooh纳米片的纳米探针用于荧光检测t4pnk活性及抑制剂作用。在t4pnk存在下,染料标记的dsdna被磷酸化,接着被λ外切酶水解,产生染料标记的ssdna,可以吸附在coooh纳米片上,导致荧光被coooh纳米片淬灭。由于coooh纳米片的高淬灭能力,使其可以作为有效的能量受体,成功构建了高灵敏和选择性地检测复杂生物学样品中t4pnk活性的方法,且可以应用于筛选抑制剂。本文发展的方法对于核酸激酶相关疾病研究、临床诊断和药物发现具有很大的应用潜能。第6章中,2,4,6-三硝基甲苯(tnt)是硝基芳香族爆炸物中的典型代表物质,对于环境安全问题和人类健康问题有着显著的影响。我们发展了基于谷胱甘肽修饰的荧光金纳米簇(gsh-auncs)纳米探针用于灵敏地荧光检测tnt含量。在所构建的纳米体系中,gsh-auncs纳米探针中伯氨基基团孤对电子可以作为较好的电子供体,而目标物tnt中含有3个硝基吸电子基团可以作为较好的电子受体,通过电子供体-受体间特异性识别作用,可形成稳定的meisenheimer复合物,以fret和形成团聚体的形式对gsh-auncs荧光进行双重淬灭。所构建的荧光传感方法,可以实现对tnt灵敏检测,且可用于检测实际环境样品中tnt含量。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.3;TB383.1

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本文编号：2456649