碳量子點(diǎn)和銀納米簇在生物水解酶活性檢測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、碳量子點(diǎn)(CQDs)是一類尺寸小于10nm的準(zhǔn)球形碳納米材料，具有很強(qiáng)的光穩(wěn)定性，良好的水溶性，很低的生物毒性以及優(yōu)異的生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)對(duì)碳量子點(diǎn)進(jìn)行表面鈍化和官能化，人們能夠?qū)ζ湮锢砗突瘜W(xué)性能進(jìn)行有效地控制。自人們發(fā)現(xiàn)碳量子點(diǎn)以來(lái)，碳量子點(diǎn)已經(jīng)在化學(xué)傳感，生物傳感，生物成像，納米醫(yī)療，光催化和電催化等各領(lǐng)域得到了廣泛地研究和應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展空間。
　　金屬納米簇(Metal NCs)是一類由幾個(gè)到幾十個(gè)金屬原子組

2、成，尺寸接近電子費(fèi)米波長(zhǎng)的新型納米材料，主要包括金納米簇(AuNCs)，銀納米簇(AgNCs)和銅納米簇(CuNCs)。金屬納米簇由于強(qiáng)烈的電子限域效應(yīng)而產(chǎn)生離散的能級(jí)結(jié)構(gòu)，具有了獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。金屬納米簇具有很強(qiáng)的光致發(fā)光性能，良好的光穩(wěn)定性，極低的毒性和優(yōu)良的生物兼容性等諸多優(yōu)點(diǎn)。眾多優(yōu)異的性能使得金屬納米簇在化學(xué)傳感，生物傳感，生物成像和納米醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。
　　本文主要圍繞碳量子點(diǎn)(CQDs)

3、和金屬納米簇中的銀納米簇(AgNCs)，對(duì)它們?cè)谏锩富钚詸z測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究。主要展開(kāi)了以下研究工作:
　　(1)以3-氨基苯硼酸為橋梁，將羥基丙基-β-環(huán)糊精修飾在碳量子點(diǎn)(CQDs)表面，構(gòu)建用于實(shí)時(shí)檢測(cè)堿性磷酸酶(ALP)活性的納米探針。碳量子點(diǎn)首先修飾上3-氨基苯硼酸，然后通過(guò)B-O鍵將羥基丙基-β-環(huán)糊精修飾在碳點(diǎn)表面，合成探針(β-CD-CQDs)。測(cè)定堿性磷酸酶時(shí)，對(duì)硝基苯磷酸二鈉鹽作為底物會(huì)被水解成p-硝基苯酚

4、和磷酸根，通過(guò)主客體識(shí)別作用，p-硝基苯酚被包裹進(jìn)羥基丙基-β-環(huán)糊精的疏水性空腔中，形成穩(wěn)定的不發(fā)熒光的包合物。碳量子點(diǎn)和p-硝基苯酚之間發(fā)生光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)，導(dǎo)致熒光猝滅。探針的熒光猝滅率和堿性磷酸酶活性之間的相關(guān)性可用于測(cè)定堿性磷酸酶活性。該方法將主客體識(shí)別作用的應(yīng)用擴(kuò)展到生物酶檢測(cè)領(lǐng)域。
　　(2)利用EDC/NHS偶聯(lián)反應(yīng)，將氨基修飾的單-6-氨基-β-環(huán)糊精(NH2-β-CD)通過(guò)酰胺鍵直接修飾到碳量子點(diǎn)表面，

5、合成了與第一個(gè)工作中不同的熒光探針(β-CD-CQDs)。我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)3-氨基苯硼酸合成的探針只能用于堿性條件下，因此，我們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，合成了適用于任何pH條件下并且更穩(wěn)定的第二種探針。我們利用該探針設(shè)計(jì)了可測(cè)定所有糖苷酶活性的檢測(cè)策略，以β-半乳糖苷酶為例進(jìn)行闡述。檢測(cè)策略如下:1.β-環(huán)糊精作為一個(gè)很好的主體分子，可以選擇性地包合一些尺寸合適的有機(jī)分子如:p-硝基苯酚，二者之間通過(guò)主客體識(shí)別作用形成穩(wěn)定的不發(fā)熒光的包合物。2.通

6、過(guò)靜態(tài)猝滅機(jī)制，不發(fā)熒光的包合物的形成將導(dǎo)致探針的熒光猝滅。我們用p-硝基苯酚的糖苷化合物作為底物，在相應(yīng)糖苷酶的催化下水解成單糖和p-硝基苯酚，隨后通過(guò)主客體識(shí)別，p-硝基苯酚和探針形成包含物，熒光猝滅。只需要改變底物的糖基單元，該方法就可以測(cè)定不同糖苷酶的活性。本文以β-半乳糖苷酶為例進(jìn)行闡述。
　　(3)基于超分子自組裝過(guò)程，構(gòu)建了用于測(cè)定α-葡萄糖苷酶活性和篩選其抑制劑的生物傳感器。通過(guò)EDC/NHS偶聯(lián)反應(yīng)，將單-6-乙

7、二胺-β-環(huán)糊精(β-CD)通過(guò)酰胺鍵直接修飾到碳量子點(diǎn)(CQDs)表面，合成熒光探針(β-CD-CQDs)。通過(guò)主客體識(shí)別作用，p-硝基苯酚可以和β-CD-CQDs探針進(jìn)行自組裝，形成的自組裝體不發(fā)熒光，導(dǎo)致β-CD-CQDs探針的熒光猝滅。以p-硝基苯基-α-吡喃葡萄糖苷作為底物，在α-葡萄糖苷酶催化下水解成葡萄糖和p-硝基苯酚。探針的熒光猝滅率和p-硝基苯酚之間的相關(guān)性可以用于測(cè)定α-葡萄糖苷酶活性。
　　(4)通過(guò)一鍋法合