碳量子點(diǎn)和磁性納米粒子的制備及其在生物傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、納米技術(shù)與生命科學(xué)技術(shù)的相互交叉融合已成為最重要的前沿研究領(lǐng)域之一。納米材料在生物電化學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用極大地促進(jìn)了生物電分析化學(xué)的發(fā)展。納米材料的比表面積大、活性高和極其微小等特性，完全符合生物傳感器的多功能、微型化及高速化等一系列要求。納米材料作為傳感器材料，還具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和選擇性好等眾多優(yōu)點(diǎn)。它作為固定材料或載體，提高了生物傳感器的檢測(cè)性能，明顯增加可重復(fù)性；它獨(dú)特的化學(xué)物理性質(zhì)使生物傳感器對(duì)生物分子和細(xì)胞的檢測(cè)靈敏度

2、有很大的提高，檢測(cè)時(shí)間相應(yīng)縮短，并且可實(shí)現(xiàn)高通量的實(shí)時(shí)檢測(cè)；多種納米材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，使生物傳感器獲得旺盛的生命力，將廣泛地應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。磁性納米顆粒是一種新型的納米材料，因有良好的生物相容性和活性功能團(tuán)，可結(jié)合DNA、酶或抗體等功能分子，在核酸分析、酶的固定和靶向藥物等方面有重要的應(yīng)用。磁性納米顆粒有粒徑小、超順磁性和比表面積大等特點(diǎn)，且有很好的生物相容性，因此可很好地應(yīng)用于生物傳感器。它能明顯地提高生物傳感器的靈敏度，提高檢測(cè)

3、通量，為生物傳感器開(kāi)辟了廣闊的前景。碳納米材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用也極大地促進(jìn)了生物傳感器的發(fā)展。石墨烯具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和大的比表面，能夠制備高靈敏的傳感器。電化學(xué)生物傳感器技術(shù)能有效地檢測(cè)DNA序列或突變基因，且選擇性好、靈敏度高、精確度高。它獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)為電子傳遞提供了二維的環(huán)境，而且在邊緣地帶能快速多相進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移，是電化學(xué)生物傳感器非常理想的材料。石墨烯在生物傳感器方面表現(xiàn)出不同于其它材料的優(yōu)勢(shì)，能檢測(cè)生物小分子和細(xì)菌，在環(huán)境和食品

4、安全檢測(cè)等方面也有一定的應(yīng)用。碳量子點(diǎn)是一種新型的碳納米材料，發(fā)光性質(zhì)十分穩(wěn)定，而且具有很長(zhǎng)的熒光壽命，性能與高性能半導(dǎo)體量子點(diǎn)相近，作為生物標(biāo)記物有利于對(duì)生物體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)。碳量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)波長(zhǎng)范圍，有利于碳量子點(diǎn)作為生物標(biāo)記物進(jìn)行多樣品的同時(shí)檢測(cè)。最重要的是，它較以往的熒光材料更具生物安全性，比其他熒光標(biāo)記物對(duì)生物分子的活性干擾小。所以它作為生物標(biāo)記材料有望解決以往熒光材料在生命研究中的安全問(wèn)題。 本文將研究碳量子點(diǎn)的安全、

5、快速、簡(jiǎn)單制備，得到熒光信號(hào)強(qiáng)，穩(wěn)定性高，水溶性好的碳量子點(diǎn)。創(chuàng)新之處是引進(jìn)磁性納米粒子與熒光量子點(diǎn)結(jié)合的方法，標(biāo)記并檢測(cè)目標(biāo)DNA。將碳量子點(diǎn)作為熒光標(biāo)記物，對(duì)DNA進(jìn)行定性定量測(cè)定，為其在生物傳感器中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容如下：
　　 第一章：緒論。首先介紹納米技術(shù)的發(fā)展，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各方面的應(yīng)用。然后介紹磁性納米材料以及石墨烯的優(yōu)點(diǎn)、制備方法和用途。最后重點(diǎn)介紹一種新型的碳納米材料--碳量子點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特性質(zhì)，目前

6、國(guó)內(nèi)外研究狀況和進(jìn)展，及其在生物傳感器中的應(yīng)用前景。
　　 第二章：在聚乙烯吡咯烷酮中超聲輔助合成Fe納米顆粒。采用超聲輔助的濕法還原法，制得不易氧化的Fe(0)納米顆粒。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在超聲的條件下，NaBH4作還原劑將Fe2+還原為Fe(0)。這樣制備的納米粒子大小均一、呈晶格結(jié)構(gòu)并且表現(xiàn)出很強(qiáng)的超順磁性。而表面修飾PVP是防止粒子聚集，使其具有良好的分散性。通過(guò)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾后的鐵粒子的形態(tài)和性質(zhì)都進(jìn)行了研究。結(jié)

7、果表明，此方法制備的Fe(0)-PVP顆粒為單一分散性，且磁飽和度得到了很大提高。它有良好的生物相容性，而且能保持粒子原有的導(dǎo)電性和催化活性。通過(guò)改變氧化還原劑和PVP的濃度或者滴加速度可以控制粒子的大小和分散性。這些粒子有望成為眾人關(guān)注的磁性材料而應(yīng)用到眾多領(lǐng)域。
　　 第三章：碳量子點(diǎn)的制備及其在DNA生物傳感器中的應(yīng)用。通過(guò)電化學(xué)氧化玻碳電極的方法制備出水溶性和分散性都很好的熒光性的碳量子點(diǎn)。硝酸處理后使其表面帶上羧基，通

8、過(guò)縮合反應(yīng)與探針DNA連接形成熒光探針，并用于目標(biāo)DNA的雜交檢測(cè)。借助磁性納米粒子良好的磁場(chǎng)響應(yīng)性質(zhì)，純化和分離生物熒光探針。以三明治結(jié)構(gòu)模式構(gòu)建基于碳量子點(diǎn)的熒光DNA生物傳感器，即以碳量子點(diǎn)標(biāo)記的DNA探針Ⅰ作為熒光信號(hào)指示探針，磁性顆粒標(biāo)記的DNA探針Ⅱ作為目標(biāo)DNA捕獲探針。采用熒光分光光度計(jì)、高倍透射電子顯微鏡和傅立葉紅外光譜等方法對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行表征，表明碳量子點(diǎn)是一種新型的生物熒光探針，構(gòu)建的生物傳感器檢測(cè)限低，靈敏度高，