量子點電化學發(fā)光及近紅外量子點在生物傳感中的應用.pdf

1、近年來，無機熒光納米材料-量子點(Quantum Dots，QDs)的制備與功能化修飾已經(jīng)成為以特異性的化學識別事件為基礎的分析化學的一個熱點研究領域，同時隨著化學生物傳感在臨床診斷、醫(yī)藥開發(fā)與環(huán)境保護領域正逐漸受到越來越多的科研工作者的關注，各種具有優(yōu)異光學性能的量子點與分析化學新技術的結合也取得了較大的發(fā)展。其中靈敏度高、操作簡便、發(fā)光可控的量子點電化學發(fā)光技術，為基于量子點的新型傳感器的設計提供了許多新的思路和手段。通過合理的設計

2、修飾電極表面的納米材料的結構，研究者提出了許多新型的量子點電化學發(fā)光共反應物，或者發(fā)現(xiàn)一些能夠對電化學發(fā)光產生影響的小分子，不斷拓寬電化學發(fā)光的應用范圍。另一方面，通過與酶放大反應結合，研究者不斷發(fā)展了具有更低背景信號、更強檢測信號的量子點電化學發(fā)光傳感器。近紅外熒光因其生物背景低、組織穿透度深、光散射作用弱而成為了研究與生物成像、生物傳感有關的“診斷窗口”。因此研究與發(fā)展新型的近紅外量子點，設計基于近紅外量子點體外、體內的高分辨率的成

3、像方法，開發(fā)近紅外熒光檢測目標物的傳感方法一直是構建新型量子點探針的值得探索的方面。量子點和新型化學生物傳感技術相結合應用于生物臨床診斷、醫(yī)藥開發(fā)與環(huán)境保護等領域，可以提高對目標物的分析與識別的能力，降低檢測限，提高選擇性，這有助于將分析方法和檢測體系進一步應用于活體分析和疾病相關診療。
　　但是在目前的與量子點相關的電化學發(fā)光研究中，存在檢測目標物較為單一，多集中在與共反應物有關的酶、小分子或者金屬離子，缺乏新的實驗機理等問題。

4、此外，雖然目前在有機相的近紅外量子點的合成技術較為成熟，但是在水相中的合成方法還處于發(fā)展階段，同時近紅外量子點有關的應用還比較有限。為了解決上述問題，本論文的研究重點主要集中在探究脫氧核糖核苷酸與量子點電化學發(fā)光的相互關系，因脫氧核糖核苷酸是組成DNA的基本結構，基于這一現(xiàn)象可發(fā)展一系列與DNA有關目標物的量子點電化學發(fā)光傳感器。此外，我們開發(fā)了一種通過蛋白共模板法合成多元組成的熒光納米材料的方法，在近紅外量子點中引入一種內標型熒光納米

5、材料，設計成了基于近紅外的比例型熒光探針。本文研究內容如下:
　　(1)基于鳥嘌呤脫氧核苷酸淬滅CdTe/ZnS量子點陽極電化學發(fā)光分析不同模式的蛋白-核酸相互作用。本章首次報道了鳥嘌呤脫氧核苷酸(dGMP)對于CdTe/ZnS量子點陽極電化學發(fā)光的高效特異性淬滅現(xiàn)象。這一電化學發(fā)光的淬滅現(xiàn)象對于游離狀態(tài)的dGMP具有特異性，對于含有G堿基DNA并無此現(xiàn)象，這可能是由于空間位阻引起的。接下來，基于這個新現(xiàn)象，我們利用核酸外切酶I(

6、ExoI)可以水解DNA的特性開發(fā)了一種通用型的生物傳感器用于分析不同模式的蛋白-核酸的相互作用。單鏈結合蛋白(Single-Strand Binding protein，SSB)和凝血酶(thrombin)作為兩種不同的目標物，開發(fā)了兩種新型的基于dGMP-QDs電化學發(fā)光策略的檢測模式。第一種方法利用SSB使發(fā)夾型DNA探針開環(huán)進而促進Exo I水解DNA探針作用構建了“信號減弱”型SSB檢測，線性范圍為1-200 nM，檢測限為0

7、.1 nM。第二種方法利用核酸適體aptamer-thrombin結合阻止Exo I水解DNA探針作用構建了“信號增強”型檢測凝血酶，線性范圍為1-150 nM，檢測限為0.1nM。兩種方法都是在均相體系中，利用無標記的量子點和DNA探針。因此，這一dGMP特異性的電化學發(fā)光淬滅方法提供了一種適合于檢測不同類型蛋白-核酸相互作用的新方法。
　　(2)蛋白共模板法合成基于近紅外的雙發(fā)射熒光納米復合物，并將之運用于抗壞血酸的比例型測定

8、。本章中，我們首次報道了以蛋白為基礎的共模板法合成基于近紅外的雙發(fā)射熒光納米復合物，它由發(fā)射紅光(far-red)的金簇和發(fā)射近紅外光的PbS量子點構成(AuNCs-PbS-QDs)。AuNCs-PbS-QDs復合物的雙發(fā)射信號具有相隔173 nm的兩個較大分辨率的發(fā)射峰，可以通過校正的方法提供一個比例型信號，這可以很大程度的避免外界條件對于信號的干擾，非常適合于生物成像與生物傳感方面的應用。此外，以蛋白為基礎的共模板法避免了傳統(tǒng)方法中

9、的復雜的化學偶聯(lián)與修飾過程，通過BSA包裹的金簇合成雙發(fā)射熒光納米復合物只需要10分鐘。通過進一步的實驗我們發(fā)現(xiàn)該復合物可以對于抗壞血酸(AA)產生高靈敏、高選擇性的快速響應，線性范圍為3-40μM，檢測限為1.5 tM，該探針同時具有非常好的抗光漂白的能力。
　　(3)抗壞血酸的含量是水果內部品質分析過程中的一項基本內容。本章針對這一點，利用AuNCs-PbS-QDs實現(xiàn)了以抗壞血酸為目標物的水果內部品質分析，通過熒光光譜與熒光

10、成像兩種方式對于不同水果中的抗壞血酸的含量進行了比較。實驗結果表明通過該方法測得的水果內部抗壞血酸的含量與文獻報道基本一致。接下來，本章針對抗壞血酸對于人體中的重要作用，開展了通過AuNCs-PbS-QDs進行體外細胞成像與裸鼠的活體成像兩個方面的應用。細胞成像過程中，兩個通道的熒光成像圖片的比例型疊加結果與抗壞血酸的加入有顯著的聯(lián)系。通過活體實驗，我們展現(xiàn)了近紅外光在深層組織成像過程中所獨有的優(yōu)勢。
　　(4)過氧化氫在人類生活

11、中與生物學體系中都起著非常重要的作用，同時它還是葡萄糖氧化的主要產物。葡萄糖的測量在食品分析和代謝物的診斷過程中都非常重要。本章首先構建了一種新型的水溶性陽離子共軛聚合物(Cationicconjugated polymers，CCP)-近紅外量子點之間的熒光共振能量轉移體系。CCP作為供體，近紅外量子點作為受體。利用過氧化氫對于近紅外量子點的刻蝕作用，可以顯著降低近紅外量子點在400 nm-500 nm之間的光吸收強度和熒光強度，從而