基于氧化石墨烯的高靈敏度光學(xué)納米生物傳感器研究.pdf

1、本論文將新型納米材料— —水溶性氧化石墨烯（water-soluble graphene oxide ,WSGO）引入到光學(xué)生物傳感器的研究中，充分利用其良好的生物相容性、高的熒光猝滅效率以及大的比表面積的優(yōu)點，設(shè)計了幾種具有高靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性的納米生物傳感器，用來對環(huán)境中的重金屬離子及生物體內(nèi)重要的生物分子等物質(zhì)進行檢測。首先，我們利用水溶性氧化石墨烯設(shè)計了一種多功能傳感平臺，能夠方便、快速、靈敏的檢測 DNA鏈的雜交和氧化損傷

2、，并且也能夠檢測對單鏈 DNA有特異性作用的 S1核酸酶及其抑制劑。以熒光標記的單鏈 DNA探針和氧化石墨烯組成的光學(xué)納米生物傳感器，可以同時用來檢測 DNA鏈和 S1核酸酶。由于氧化石墨烯與熒光標記的單鏈 DNA之間存在強的非共價結(jié)合力，能夠有效地將熒光猝滅，使熒光處于猝滅狀態(tài)。當加入互補 DNA鏈后，雙鏈的形成使 DNA探針脫離氧化石墨烯的表面，熒光信號得以恢復(fù)。然而，當其互補鏈在 S1核酸酶或羥基自由基（·OH）存在的條件下被切割

3、成小的堿基片段，從而不能與探針形成雙鏈結(jié)構(gòu)，因此熒光仍然處于猝滅狀態(tài)。根據(jù)熒光信號強度變化的情況，對 S1核酸酶的檢測限達到 2.50×10-5 U。此外，利用該多功能生物傳感器能夠?qū)γ盖泻脱趸瘬p傷作用及其對應(yīng)的抑制劑進行定量分析。其次，我們利用水溶性氧化石墨烯和熒光標記的對 Hg2+有特異性作用的分子探針（mercury(II)-specific oligonucleotide, MSO）設(shè)計了一種高靈敏度和選擇性、“turn-on”

4、模式、簡便的 Hg2+傳感器。該探針富含胸腺嘧啶（T），能夠形成 T-Hg2+-T的莖環(huán)結(jié)構(gòu)。當不存在Hg2+時，探針呈現(xiàn)自由卷曲狀態(tài)并且熒光被有效地猝滅。然而加入 Hg2+后，T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)的形成使 MSO探針脫離氧化石墨烯表面，熒光信號得以恢復(fù)。通過熒光檢測的方法，該傳感器對 Hg2+的檢測限能夠達到 pM級（187 pM），具有高的選擇性，并且對很多非特異性金屬離子的響應(yīng)都非常小。磁性納米粒子（MMPs）廣泛用于對生物分子和

5、待測物質(zhì)的固定富集和分離。利用功能化的磁性納米粒子和 8-17核酸酶設(shè)計了一種新型高靈敏度 Pb2+生物傳感器。其中，8-17核酸酶組裝在磁性納米粒子表面作為識別組分，用來捕獲目標離子。當 Pb2+存在時，酶鏈被激活并在 rA處切割底物鏈。此時，8-17核酸酶通過變性使底物鏈上標記熒光染料的部分脫離磁性納米粒子表面。將含有熒光染料的溶液收集并檢測，能夠觀察到非常強的熒光發(fā)射表明溶液中存在 Pb2+。該生物傳感器具有良好的特異性，對 Pb