新型仿生納米材料的制備及其在生物檢測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、新型納米材料（金屬納米簇、石墨烯等）由于其獨(dú)特的性質(zhì)受到研究者的青睞，并廣泛地用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)?；诩{米材料的分析方法簡便、快捷、易操作、靈敏，在化學(xué)分析、生物傳感、疾病檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。隨著相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展以及相關(guān)新技術(shù)的引入，光電（如熒光和電化學(xué)）檢測(cè)的靈敏度、準(zhǔn)確度和選擇性日益提高，應(yīng)用范圍遍及眾多領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)展成為一種十分重要且有效的化學(xué)分析手段。本論文設(shè)計(jì)和制備了熒光金銀納米簇以及相關(guān)的光電化學(xué)傳感器，

2、通過光電手段對(duì)人類健康和安全密切相關(guān)的小分子和金屬離子進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。另外，鑒于金納米簇優(yōu)良的熒光特性和生物相容性，作為一類新型的小尺寸的熒光探針應(yīng)用于細(xì)胞活體成像以及腫瘤治療。具體工作開展如下:
　　首先，創(chuàng)新性地以胞嘧啶核苷為模板原位快速合成熒光增強(qiáng)、水溶性的金銀復(fù)合納米簇，并對(duì)其紫外-可見吸收光譜、熒光光譜、粒徑形貌、熒光壽命、熒光量子產(chǎn)率以及金元素和銀元素的價(jià)態(tài)和含量進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明，該金銀復(fù)合納米簇在370 nm激

3、發(fā)下具有強(qiáng)烈的黃色熒光（560 nm發(fā)射），粒徑大約為1.50nm，量子產(chǎn)率約9％，平均熒光壽命6.07μs，并且具有良好的熒光穩(wěn)定性、分散性以及水溶性，由此奠定了其在生物分析中的潛在應(yīng)用價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)銀離子快速顯著增強(qiáng)金納米簇?zé)晒獾臋C(jī)理進(jìn)行了探討，并把這種快速原位合成熒光增強(qiáng)的金銀復(fù)合納米簇的方法用于血清中疾病相關(guān)分子的檢測(cè)。相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)一步顯示了金銀納米簇在生物分析和診斷中應(yīng)用的潛在可能性。
　　在上述研究工作的基

4、礎(chǔ)上，本論文利用金納米簇優(yōu)良的熒光特性發(fā)展了一種非標(biāo)記的、雙功能的快速高靈敏選擇性檢測(cè)銀離子和汞離子的新方法。研究結(jié)果表明，銀離子能夠快速顯著地增強(qiáng)金納米簇的熒光并形成具有強(qiáng)烈黃色熒光的金銀復(fù)合納米簇，而汞離子可以迅速猝滅增強(qiáng)后的金銀納米簇的熒光。據(jù)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙功能熒光探針并用于實(shí)際樣品湖水中檢測(cè)銀離子和汞離子，檢測(cè)限分別達(dá)到10nM和30 nM。進(jìn)一步地，本論文探討和闡明了相關(guān)熒光探針的傳感機(jī)理:銀離子增強(qiáng)金納米簇?zé)晒庵饕墙饘僭?/p>

5、強(qiáng)熒光(MEF)效應(yīng)即被還原后的銀單質(zhì)與Au NCs作用增強(qiáng)熒光;汞離子對(duì)金銀復(fù)合納米簇?zé)晒獾拟鐧C(jī)理是由于汞離子和銀離子之間高親和力的嗜金屬作用Hg2+-Ag+。這種非標(biāo)記的、雙功能的熒光開關(guān)探針制備簡單、快速，在環(huán)境污染和健康監(jiān)測(cè)方面具有實(shí)際可行的應(yīng)用價(jià)值。
　　活體成像需要熒光金屬納米簇具有長的激發(fā)和發(fā)射波長，以避免生物體自身熒光的干擾。因此，本論文利用一氧化碳還原的方法成功制備了谷胱甘肽穩(wěn)定的金納米簇，該納米簇易溶于水、熒

6、光穩(wěn)定且紅光發(fā)射。相關(guān)形貌和光譜表征顯示金納米簇具有強(qiáng)烈的熒光（量子產(chǎn)率7.6％），水溶液中激發(fā)波長520 nm，發(fā)射波長640 nm，平均粒徑約為2nm。基于該熒光金納米簇構(gòu)建了熒光生物傳感器。通過利用Fe3+引發(fā)的聚集熒光猝滅效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了Fe3+的選擇性識(shí)別檢測(cè)，檢測(cè)限達(dá)0.3μM，并成功實(shí)現(xiàn)對(duì)湖水、自來水中鐵離子的檢測(cè)。進(jìn)一步地，將該金納米簇用于細(xì)胞和活體熒光成像，不僅成功實(shí)現(xiàn)了活體腫瘤部位的快速近紅外(710nm)熒光成像，而且

7、通過簡單自組裝的方法構(gòu)建了水溶性卟啉衍生物功能化的金納米簇復(fù)合體系，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了腫瘤近紅外成像和光熱治療，有效地抑制了腫瘤的生長。
　　光、電信號(hào)在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的地位不分伯仲。因此，本論文工作還研究和探討了基于石墨烯和鉑納米顆粒等光電材料自組裝修飾電極的生物電化學(xué)傳感器及其在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用。論文構(gòu)建了一個(gè)基于石墨烯-鉑(RGO-Pt)納米復(fù)合物的過氧化氫(H2O2)傳感器成功用于檢測(cè)細(xì)胞釋放的H2O2。首先，通過物理吸附和電

8、沉積的方法把石墨烯和鉑納米顆粒修飾到玻碳電極上，形成納米材料修飾的電化學(xué)傳感器。該傳感器對(duì)過氧化氫具有優(yōu)異的電催化還原作用，能夠快速增強(qiáng)響應(yīng)電流以及明顯降低H2O2的還原過電位，具有較低的檢測(cè)限(0.2μM)、較寬的線性范圍(0.5μM～3.475 mM)和較高的檢測(cè)靈敏度（459±3 mA M-1 cm-2）。更重要的是，該過氧化氫傳感器能夠成功地用于高靈敏檢測(cè)細(xì)胞刺激下釋放的過氧化氫。
　　綜上所述，本論文設(shè)計(jì)制備和組裝了新型