功能化碳量子點(diǎn)的制備及在生物酶活性檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、碳量子點(diǎn)(CQDs)作為一種尺寸在10nm以下的新型碳納米材料，具有極好的可分散性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐光性，易修飾、激發(fā)依賴多顏色發(fā)射、低毒性和很好的生物相容性使得它有望替代染料探針、毒半導(dǎo)體量子點(diǎn)和低熒光聚合物，在化學(xué)傳感、生物傳感、生物成像、藥物運(yùn)輸、光伏器件、光催化等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
　　本文以活性炭為原料，利用濃硫酸、濃硝酸氧化法制備得到水溶性好，且表面富含羧基和羥基官能團(tuán)的碳量子點(diǎn)，合成的碳量子點(diǎn)具有強(qiáng)黃綠色熒光。

2、在此基礎(chǔ)上，我們利用多巴胺與碳量子點(diǎn)表面羧基的縮合反應(yīng)合成了多巴胺功能化的碳量子點(diǎn)(dopa-CQDs)。
　　我們利用碳量子點(diǎn)表面的羧基與無水焦磷酸鈉(PPi)對(duì)鈰離子(Ce3+)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)熒光納米開關(guān)來檢測(cè)PPi;基于聚集分散機(jī)制及堿性磷酸酶(ALP)對(duì)PPi和三磷酸腺苷(ATP)的水解作用及酸性磷酸酶(ACP)對(duì)PPi的水解作用分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)ALP和ACP的定量實(shí)時(shí)檢測(cè);利用乙酰膽堿酶(AChE)對(duì)乙酰膽堿(ATCh

3、)的水解作用和巰基與碳量子點(diǎn)表面羧基對(duì)銅離子（Cu2+）的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)AChE活性檢測(cè)及抑制劑篩選;利用多巴胺-碳量子點(diǎn)中的多巴胺部分被酪氨酸酶(TYR)氧化成醌，與碳量子點(diǎn)發(fā)生光致電子轉(zhuǎn)移(PET)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)TYR活性的檢測(cè)及抑制劑篩選。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)基于碳量子點(diǎn)的聚集分散機(jī)制，我們構(gòu)建了一個(gè)方便可逆的熒光納米開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)PPi的定量檢測(cè)。聚集和分散狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)與熒光信號(hào)的開和關(guān)。Ce3+與碳量子點(diǎn)表面的羧基具

4、有強(qiáng)絡(luò)合作用而使碳量子點(diǎn)發(fā)生聚集，Ce3+與PPi對(duì)羧基的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)又使得碳量子點(diǎn)解聚，因而PPi可以作為碳量子點(diǎn)/Ce3+納米開關(guān)的外在化學(xué)刺激，它的量可以通過體系的熒光強(qiáng)度來反映。定量檢測(cè)PPi的線性范圍為0.3-29.3μM，檢測(cè)限為0.1μM。我們同時(shí)評(píng)估了PPi在人類HeLa細(xì)胞中的檢測(cè)效果，觀察到PPi存在及不存在時(shí)的熒光納米開關(guān)的打開和閉合。
　　(2)基于碳量子點(diǎn)的聚集和分散機(jī)制我們實(shí)現(xiàn)了ALP活性的定量檢測(cè)。

5、>　　方法一:碳量子點(diǎn)和PPi分別作為檢測(cè)ALP活性的熒光指示器和底物。碳量子點(diǎn)表面富含的羧基與Cu2+絡(luò)合，碳量子點(diǎn)發(fā)生聚集，熒光猝滅;ALP將PPi水解成pi，pi將Cu2+從碳量子點(diǎn)/Cu2+的絡(luò)合體系中奪取出來，碳量子點(diǎn)重新分散，熒光恢復(fù)。定量檢測(cè)ALP活性的線性范圍為16.7-782.6U/L，檢測(cè)限為1.1U/L。該法的靈敏度達(dá)到了人血清中ALP的檢測(cè)的要求。
　　方法二:碳量子點(diǎn)和ATP分別作為ALP活性檢測(cè)的熒光指

6、示器和底物。碳量子點(diǎn)表面的羧基與Ce3+作用，碳量子點(diǎn)聚集，熒光猝滅;ALP水解ATP形成pi，pi將Ce3+從碳量子點(diǎn)/Ce3+的絡(luò)合體系中奪取出來，碳量子點(diǎn)重新分散，熒光恢復(fù)。定量檢測(cè)ALP活性的線性范圍為4.6-383.3U/L，檢測(cè)限為1.4U/L。
　　這兩種方法的靈敏度能夠滿足人血清中ALP活性的檢測(cè)的要求，拓寬了熒光碳量子點(diǎn)的傳感應(yīng)用，為基于聚集分散的光學(xué)探針的發(fā)展提供了借鑒。
　　(3)我們發(fā)展了基于碳量子點(diǎn)

7、納米材料和PPi的可逆熒光納米開關(guān)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ACP活性的實(shí)時(shí)定量檢測(cè)。Ni2+與CQD表面羧基的絡(luò)合作用使得碳量子點(diǎn)聚集，熒光猝滅，而PPi能夠?qū)i2+從碳量子點(diǎn)/Ni2+的納米聚集體系中奪取出來，使得碳量子點(diǎn)重新分散，熒光恢復(fù)。ACP能將PPi水解成pi，Ni2+重新猝滅碳量子點(diǎn)的熒光。定量檢測(cè)ACP活性的線性范圍為18.2 U/L-1300U/L，檢測(cè)限為5.5U/L，該法的靈敏度可滿足人血清和血漿中ACP的檢測(cè)。

8、r>　　(4)我們用碳量子點(diǎn)作為熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)AChE活性檢測(cè)和抑制劑篩選。檢測(cè)原理如下:碳量子點(diǎn)表面的羧基與Cu2+絡(luò)合使得碳量子點(diǎn)聚集，熒光猝滅，AChE催化水解ATCh成TCh，TCh的巰基與Cu2+的絡(luò)合作用要強(qiáng)于羧基，熒光恢復(fù)，當(dāng)AChE的抑制劑存在時(shí)，AChE失去催化活性，熒光保持在猝滅狀態(tài)。用這個(gè)方法我們檢測(cè)AChE活性的線性范圍為14.2-121.8U/L，檢測(cè)限為4.25U/L，該法的靈敏度可實(shí)現(xiàn)人血清和血漿中ACh

9、E活性的檢測(cè)。研究結(jié)果也證實(shí)了該法在AChE抑制劑篩選中的潛在應(yīng)用。
　　(5)基于多巴胺修飾的碳量子點(diǎn)材料我們發(fā)展了一種檢測(cè)TYR活性和抑制劑篩選的方法。首先將多巴胺功能化在碳量子點(diǎn)表面，多巴胺-碳量子點(diǎn)有很強(qiáng)的藍(lán)綠色熒光。當(dāng)多巴胺-碳量子點(diǎn)的多巴胺部分被TYR催化氧化成多巴醌衍生物時(shí)，碳量子點(diǎn)與多巴醌部分發(fā)生PET過程，多巴胺-碳量子點(diǎn)的熒光猝滅。利用熒光猝滅效率與TYR活性之間的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)了TYR活性的定量檢測(cè)。該方法的線