過(guò)氧亞硝酸鹽納米發(fā)光探針的構(gòu)建.pdf

1、活性氧在自然界和生物體中普遍存在，是導(dǎo)致生命體產(chǎn)生疾病、衰老的隱形殺手。為了更好地理解活性氧在生理病理過(guò)程中的作用，對(duì)活性氧的選擇性測(cè)定尤為重要。其中，過(guò)氧亞硝酸鹽是較自由基壽命更長(zhǎng)的活性氧物質(zhì)，但是在生理?xiàng)l件下，其壽命也僅為10ms。此外，活性氧物質(zhì)之間還會(huì)發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，化學(xué)行為復(fù)雜。因此，生物體系中活性氧的選擇性測(cè)定比較困難。目前，發(fā)展最為迅速的是熒光分析法，主要是基于熒光團(tuán)發(fā)生氧化反應(yīng)后熒光信號(hào)的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)活性氧的氧化性差

2、別不大時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)某一種活性氧的選擇性識(shí)別和反應(yīng)。與熒光分析法相比，化學(xué)發(fā)光分析法最顯著的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需激發(fā)光源，從而能夠有效避免背景干擾。本論文基于過(guò)氧亞硝酸鹽體系的化學(xué)發(fā)光行為，開(kāi)發(fā)了新型過(guò)氧亞硝酸鹽納米發(fā)光探針，包括蒙脫土納米片、半導(dǎo)體量子點(diǎn)和碳點(diǎn)。本論文使用靜態(tài)注射化學(xué)發(fā)光分析方法，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧亞硝酸鹽的高選擇性、高靈敏測(cè)定。此外，設(shè)計(jì)合成了對(duì)活性氧高穩(wěn)定的熒光金量子點(diǎn)，有望解決納米發(fā)光探針易被活性氧氧化導(dǎo)致發(fā)光猝滅、靈敏度

3、降低的問(wèn)題，對(duì)構(gòu)建專(zhuān)一性活性氧發(fā)光探針具有指導(dǎo)意義。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)開(kāi)發(fā)了一種新型的納米催化劑—蒙脫土納米片，用于增敏過(guò)氧亞硝酸鹽的超微弱化學(xué)發(fā)光。將蒙脫土納米顆粒分散在水介質(zhì)中，通過(guò)攪拌獲得蒙脫土納米片，考察了其對(duì)過(guò)氧亞硝酸鹽體系化學(xué)發(fā)光的影響。研究表明，蒙脫土納米片能夠顯著增強(qiáng)過(guò)氧亞硝酸鹽體系的化學(xué)發(fā)光。采用透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等測(cè)試方法對(duì)蒙脫土納米片的形貌進(jìn)行了表征，并通過(guò)活性氧捕獲劑、電子自旋共振

4、、化學(xué)發(fā)光光譜對(duì)反應(yīng)中間體和發(fā)光體進(jìn)行確認(rèn)，推測(cè)了蒙脫土納米片增敏化學(xué)發(fā)光的機(jī)理。在堿性條件下，蒙脫土納米片結(jié)構(gòu)中的鐵物種能夠催化過(guò)氧化氫分解，產(chǎn)生羥基自由基，進(jìn)而與過(guò)氧亞硝酸鹽反應(yīng)生成單線態(tài)氧，當(dāng)其回到三線態(tài)時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光。
　　(2)基于活性氧誘導(dǎo)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的直接化學(xué)發(fā)光行為，構(gòu)建了一種選擇性測(cè)定過(guò)氧亞硝酸鹽的化學(xué)發(fā)光探針。由于過(guò)氧亞硝酸鹽在生理?xiàng)l件下能夠分解同時(shí)產(chǎn)生氧化性自由基羥基自由基和還原性自由基超氧陰離子自由基

5、，羥基自由基能夠具有向量子點(diǎn)注入空穴的能力，超氧陰離子則具有向量子點(diǎn)注入電子的能力，最終通過(guò)電子轉(zhuǎn)移湮滅的機(jī)制產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。在一系列活性氧中，該探針對(duì)過(guò)氧亞硝酸鹽顯示出很好的選擇性。采用該探針測(cè)定過(guò)氧亞硝酸鹽，線性范圍為0.46～46μM，檢出限為0.1μM(S/N=3)。通過(guò)測(cè)定活細(xì)胞中的外源性過(guò)氧亞硝酸鹽，對(duì)該探針的實(shí)用性進(jìn)行考察，其測(cè)定結(jié)果與理論值基本一致。
　　(3)基于碳點(diǎn)表面態(tài)發(fā)光機(jī)制，構(gòu)建了一種高靈敏度的過(guò)氧亞硝酸鹽

6、化學(xué)發(fā)光探針。采用微波法，通過(guò)改變合成前體檸檬酸和尿素的比例，對(duì)碳點(diǎn)的表面態(tài)發(fā)光進(jìn)行了調(diào)控。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜和X-射線光電子能譜對(duì)碳點(diǎn)的表面官能團(tuán)進(jìn)行表征。研究表明，碳點(diǎn)的表面態(tài)發(fā)光主要來(lái)源于表面的C-O基團(tuán)。隨著C-O含量增加，碳點(diǎn)對(duì)過(guò)氧亞硝酸鹽的化學(xué)發(fā)光響應(yīng)逐漸增強(qiáng)。通過(guò)循環(huán)伏安測(cè)試對(duì)碳點(diǎn)的能級(jí)進(jìn)行評(píng)估，探討了碳點(diǎn)對(duì)過(guò)氧亞硝酸鹽的響應(yīng)機(jī)理。利用該探針測(cè)定過(guò)氧亞硝酸鹽的線性范圍為0.01～3.0μM，檢出限為5.0nM（S/N=

7、3）。該探針表現(xiàn)出很好的生物相容性和低毒性，被成功應(yīng)用于測(cè)定活細(xì)胞中外源性和內(nèi)源性過(guò)氧亞硝酸鹽。使用該化學(xué)發(fā)光探針測(cè)定活細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧亞硝酸鹽操作簡(jiǎn)單、選擇性好、靈敏度高。
　　(4)通過(guò)改變表面配體的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合成了一種穩(wěn)定的紅色熒光金量子點(diǎn)，并作為熒光標(biāo)記物用于高活性氧和長(zhǎng)時(shí)間細(xì)胞標(biāo)記成像。將牛血清蛋白為配體的藍(lán)色熒光金量子點(diǎn)與二氫硫辛酸為配體的紅色熒光金量子點(diǎn)通過(guò)碳二亞胺偶聯(lián)法結(jié)合在一起，形成新的金量子點(diǎn)。一方面，通過(guò)熒光共振