類石墨烯二維材料的非共價功能化及生物醫(yī)學應(yīng)用研究.pdf

1、類石墨烯二維材料（2D-GAs，比如過渡金屬硫化物納米片、g-C3N4、Bi2Se3和黑磷等）由于其獨特的成分、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和良好的生物相容性，在生物醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出前所未有的優(yōu)勢。2D-GAs的制備、表面功能化以及在納米生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用是目前的研究熱點，引起了材料、化學、物理、生物、醫(yī)學等各個領(lǐng)域科學家的廣泛興趣。
　　本文對三種2D-GAs（Bi2Se3、MoS2和黑磷）分別進行了表面非共價功能化，探索了這三種2D-GAs在

2、納米生物醫(yī)學中的應(yīng)用。本文主要研究了以下幾方面的內(nèi)容:
　　一.探索了2D-硒化鉍的表面功能化及其用于阻止Aβ1-42聚集。制備了血紅素穩(wěn)定的少層硒化鉍(Bi2Se3)，通過分步離心得到不同尺寸和厚度的少層Bi2Se3，并探索了其對Aβ1-42纖維化的抑制作用。通過熒光光譜證明越小越?。?±1 nm）的Bi2Se3納米片展現(xiàn)出更高的Aβ1-42纖維化抑制效率，TEM、AFM和DLS結(jié)果進一步證實了Bi2Se3納米片能夠抑制Aβ1-

3、42纖維化。用CD、CV、電化學阻抗和微天平系統(tǒng)地探索了少層Bi2Se3與Aβ1-42單體之間的相互作用，結(jié)果表明少層Bi2Se3能抑制Aβ1-42纖維化是由于少層Bi2Se3對Aβ1-42單體強的吸附作用。體外細胞實驗證明少層Bi2Se3能夠?qū)β1-42聚集誘導的神經(jīng)細胞毒性從22％降低到7％，同時還能降低Aβ1-42聚集誘導的類過氧化物酶活性。因此，少層Bi2Se3對老年癡呆癥的治療具有一定的應(yīng)用前景;
　　二.探索了2D-

4、MoS2的表面功能化及其用于電化學細胞生物傳感器的構(gòu)建。首先，利用葉酸(FA)作為表面穩(wěn)定劑在溶液中制備了FA功能化的少層MoS2(MoS2/FA)。隨后制備了MoS2/FA修飾的金電極，并且利用MoS2/FA修飾的金電極識別和固定富含葉酸受體的癌細胞后引起阻抗的變化來檢測HeLa細胞。實驗結(jié)果表明，MoS2/FA修飾的金電極能夠非常靈敏的識別癌細胞，檢測線性范圍為1-105 cellmL-1，檢測限低至1 cell mL-1，該電極還

5、可以識別其他富含葉酸受體的癌細胞，如MCF-7、MG-60、SMMC-7721等。同時該生物傳感器對富含葉酸受體的HeLa細胞具有較好的選擇性。還制備了FA穩(wěn)定的其它2D材料(WS2/FA、石墨烯/FA和Bi2Se3/FA），發(fā)現(xiàn)其識別癌細胞的效果依次是MoS2/FA、WS2/FA、石墨烯/FA和Bi2Se3/FA，證明MoS2/FA能高靈敏度識別癌細胞是由于其適中的導電性。MoS2/FA修飾的金電極也被成功用于臨床樣品的檢測，可選擇性

6、識別癌癥患者樣本;
　　三.以氧化石墨烯為穩(wěn)定劑制備了氧化石墨烯和其他2D-GAs的復合材料，并探索了其在類過氧化物酶和葡萄糖傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。石墨烯和其它2D-GAs的復合材料目前主要采用化學氣相沉積法制備，產(chǎn)量低，價格昂貴，不適用于溶液體系中的應(yīng)用。首先，本文以氧化石墨烯(GO)和MoS2體材料作為原料，利用溶液液相剝離的方法制備了GO穩(wěn)定的少層MoS2(MoS2/GO)。通過控制GO尺寸的大小調(diào)節(jié)MoS2/GO的結(jié)構(gòu)，采用U

7、V-vis，DLS，SEM，TEM和AFM對分步離心后所制備的不同尺寸的MoS2/GO進行了表征。結(jié)果表明，GO能夠像表面活性劑一樣粘附在少層MoS2的表面形成穩(wěn)定的MoS2/GO復合材料。利用這種方法本文也成功制備了GO與其它2D-GAs的復合材料。其次，本文報道了MoS2/GO復合材料本身具有類過氧化物酶活性，其類過氧化物酶活性比傳統(tǒng)辣根過氧化物酶(HRP)的米氏常數(shù)低4.35倍，而最大反應(yīng)速率確是HRP的3.34倍。采用電化學方法

8、探索了高類過氧化物酶活性的機理，證明高的催化活性主要是由于MoS2/GO表面電子的快速轉(zhuǎn)移以及兩者之間的協(xié)同作用。再次，探索了可見光和近紅外光對MoS2/GO的類過氧化物酶活性的影響，結(jié)果表明，可見光和近紅外光都能增強MoS2/GO的類過氧化物酶?；贛oS2/GO復合材料的高類過氧化物酶活性，本文構(gòu)建了過氧化氫傳感器。在可見光的作用下，傳感器的檢測限能夠從10nM降低至2.5 nM。最后，本文還檢測了血清中的血糖，MoS2/GO復合材

9、料在血糖檢測中展現(xiàn)出很高的靈敏度和選擇性，而且可見光能夠?qū)⒀堑臋z測限從0.83μM降低到65 nM。因此，MoS2/GO復合材料在血糖檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景;
　　四.探索了二維材料黑磷烯(BP)的不穩(wěn)定性在構(gòu)建高效癌癥標記物生物傳感器中的應(yīng)用。本文中，利用負載的納米金粒子的黑磷烯(BP-Au)的高效還原黃色的4-硝基酚(4-NP)成無色的4-氨基酚(4-AP)的性能可以比色法識別癌癥生物標記物。首先將BP和納米金前體通過簡

10、單混合很容易制備BP-Au，BP能夠充當還原劑和穩(wěn)定劑。BP-Au在催化4-NP還原的反應(yīng)中展現(xiàn)出高效的催化性能(K=1120 s-1 g-1)和低的活化能(Ea=17.53 kJ mol-1)，主要歸因為BP和納米金粒子之間的協(xié)同作用和半導體材料BP表面豐富的電子。其次，當把癌胚抗原(CEA)抗體吸附在BP-Au表面后，催化4-NP的反應(yīng)被抑制，加入腫瘤標記物CEA后，CEA與抗體結(jié)合，抗原抗體復合物從材料表面脫附下來，催化4-NP的