量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光及近紅外量子點(diǎn)在生物傳感中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)機(jī)熒光納米材料-量子點(diǎn)(Quantum Dots，QDs)的制備與功能化修飾已經(jīng)成為以特異性的化學(xué)識(shí)別事件為基礎(chǔ)的分析化學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，同時(shí)隨著化學(xué)生物傳感在臨床診斷、醫(yī)藥開發(fā)與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域正逐漸受到越來(lái)越多的科研工作者的關(guān)注，各種具有優(yōu)異光學(xué)性能的量子點(diǎn)與分析化學(xué)新技術(shù)的結(jié)合也取得了較大的發(fā)展。其中靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、發(fā)光可控的量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光技術(shù)，為基于量子點(diǎn)的新型傳感器的設(shè)計(jì)提供了許多新的思路和手段。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)

2、修飾電極表面的納米材料的結(jié)構(gòu)，研究者提出了許多新型的量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光共反應(yīng)物，或者發(fā)現(xiàn)一些能夠?qū)﹄娀瘜W(xué)發(fā)光產(chǎn)生影響的小分子，不斷拓寬電化學(xué)發(fā)光的應(yīng)用范圍。另一方面，通過(guò)與酶放大反應(yīng)結(jié)合，研究者不斷發(fā)展了具有更低背景信號(hào)、更強(qiáng)檢測(cè)信號(hào)的量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器。近紅外熒光因其生物背景低、組織穿透度深、光散射作用弱而成為了研究與生物成像、生物傳感有關(guān)的“診斷窗口”。因此研究與發(fā)展新型的近紅外量子點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于近紅外量子點(diǎn)體外、體內(nèi)的高分辨率的成

3、像方法，開發(fā)近紅外熒光檢測(cè)目標(biāo)物的傳感方法一直是構(gòu)建新型量子點(diǎn)探針的值得探索的方面。量子點(diǎn)和新型化學(xué)生物傳感技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于生物臨床診斷、醫(yī)藥開發(fā)與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，可以提高對(duì)目標(biāo)物的分析與識(shí)別的能力，降低檢測(cè)限，提高選擇性，這有助于將分析方法和檢測(cè)體系進(jìn)一步應(yīng)用于活體分析和疾病相關(guān)診療。
　　但是在目前的與量子點(diǎn)相關(guān)的電化學(xué)發(fā)光研究中，存在檢測(cè)目標(biāo)物較為單一，多集中在與共反應(yīng)物有關(guān)的酶、小分子或者金屬離子，缺乏新的實(shí)驗(yàn)機(jī)理等問(wèn)題。

4、此外，雖然目前在有機(jī)相的近紅外量子點(diǎn)的合成技術(shù)較為成熟，但是在水相中的合成方法還處于發(fā)展階段，同時(shí)近紅外量子點(diǎn)有關(guān)的應(yīng)用還比較有限。為了解決上述問(wèn)題，本論文的研究重點(diǎn)主要集中在探究脫氧核糖核苷酸與量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光的相互關(guān)系，因脫氧核糖核苷酸是組成DNA的基本結(jié)構(gòu)，基于這一現(xiàn)象可發(fā)展一系列與DNA有關(guān)目標(biāo)物的量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器。此外，我們開發(fā)了一種通過(guò)蛋白共模板法合成多元組成的熒光納米材料的方法，在近紅外量子點(diǎn)中引入一種內(nèi)標(biāo)型熒光納米

5、材料，設(shè)計(jì)成了基于近紅外的比例型熒光探針。本文研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)基于鳥嘌呤脫氧核苷酸淬滅CdTe/ZnS量子點(diǎn)陽(yáng)極電化學(xué)發(fā)光分析不同模式的蛋白-核酸相互作用。本章首次報(bào)道了鳥嘌呤脫氧核苷酸(dGMP)對(duì)于CdTe/ZnS量子點(diǎn)陽(yáng)極電化學(xué)發(fā)光的高效特異性淬滅現(xiàn)象。這一電化學(xué)發(fā)光的淬滅現(xiàn)象對(duì)于游離狀態(tài)的dGMP具有特異性，對(duì)于含有G堿基DNA并無(wú)此現(xiàn)象，這可能是由于空間位阻引起的。接下來(lái)，基于這個(gè)新現(xiàn)象，我們利用核酸外切酶I(

6、ExoI)可以水解DNA的特性開發(fā)了一種通用型的生物傳感器用于分析不同模式的蛋白-核酸的相互作用。單鏈結(jié)合蛋白(Single-Strand Binding protein，SSB)和凝血酶(thrombin)作為兩種不同的目標(biāo)物，開發(fā)了兩種新型的基于dGMP-QDs電化學(xué)發(fā)光策略的檢測(cè)模式。第一種方法利用SSB使發(fā)夾型DNA探針開環(huán)進(jìn)而促進(jìn)Exo I水解DNA探針作用構(gòu)建了“信號(hào)減弱”型SSB檢測(cè)，線性范圍為1-200 nM，檢測(cè)限為0

7、.1 nM。第二種方法利用核酸適體aptamer-thrombin結(jié)合阻止Exo I水解DNA探針作用構(gòu)建了“信號(hào)增強(qiáng)”型檢測(cè)凝血酶，線性范圍為1-150 nM，檢測(cè)限為0.1nM。兩種方法都是在均相體系中，利用無(wú)標(biāo)記的量子點(diǎn)和DNA探針。因此，這一dGMP特異性的電化學(xué)發(fā)光淬滅方法提供了一種適合于檢測(cè)不同類型蛋白-核酸相互作用的新方法。
　　(2)蛋白共模板法合成基于近紅外的雙發(fā)射熒光納米復(fù)合物，并將之運(yùn)用于抗壞血酸的比例型測(cè)定

8、。本章中，我們首次報(bào)道了以蛋白為基礎(chǔ)的共模板法合成基于近紅外的雙發(fā)射熒光納米復(fù)合物，它由發(fā)射紅光(far-red)的金簇和發(fā)射近紅外光的PbS量子點(diǎn)構(gòu)成(AuNCs-PbS-QDs)。AuNCs-PbS-QDs復(fù)合物的雙發(fā)射信號(hào)具有相隔173 nm的兩個(gè)較大分辨率的發(fā)射峰，可以通過(guò)校正的方法提供一個(gè)比例型信號(hào)，這可以很大程度的避免外界條件對(duì)于信號(hào)的干擾，非常適合于生物成像與生物傳感方面的應(yīng)用。此外，以蛋白為基礎(chǔ)的共模板法避免了傳統(tǒng)方法中

9、的復(fù)雜的化學(xué)偶聯(lián)與修飾過(guò)程，通過(guò)BSA包裹的金簇合成雙發(fā)射熒光納米復(fù)合物只需要10分鐘。通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物可以對(duì)于抗壞血酸(AA)產(chǎn)生高靈敏、高選擇性的快速響應(yīng)，線性范圍為3-40μM，檢測(cè)限為1.5 tM，該探針同時(shí)具有非常好的抗光漂白的能力。
　　(3)抗壞血酸的含量是水果內(nèi)部品質(zhì)分析過(guò)程中的一項(xiàng)基本內(nèi)容。本章針對(duì)這一點(diǎn)，利用AuNCs-PbS-QDs實(shí)現(xiàn)了以抗壞血酸為目標(biāo)物的水果內(nèi)部品質(zhì)分析，通過(guò)熒光光譜與熒光

10、成像兩種方式對(duì)于不同水果中的抗壞血酸的含量進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)該方法測(cè)得的水果內(nèi)部抗壞血酸的含量與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致。接下來(lái)，本章針對(duì)抗壞血酸對(duì)于人體中的重要作用，開展了通過(guò)AuNCs-PbS-QDs進(jìn)行體外細(xì)胞成像與裸鼠的活體成像兩個(gè)方面的應(yīng)用。細(xì)胞成像過(guò)程中，兩個(gè)通道的熒光成像圖片的比例型疊加結(jié)果與抗壞血酸的加入有顯著的聯(lián)系。通過(guò)活體實(shí)驗(yàn)，我們展現(xiàn)了近紅外光在深層組織成像過(guò)程中所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。
　　(4)過(guò)氧化氫在人類生活

11、中與生物學(xué)體系中都起著非常重要的作用，同時(shí)它還是葡萄糖氧化的主要產(chǎn)物。葡萄糖的測(cè)量在食品分析和代謝物的診斷過(guò)程中都非常重要。本章首先構(gòu)建了一種新型的水溶性陽(yáng)離子共軛聚合物(Cationicconjugated polymers，CCP)-近紅外量子點(diǎn)之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移體系。CCP作為供體，近紅外量子點(diǎn)作為受體。利用過(guò)氧化氫對(duì)于近紅外量子點(diǎn)的刻蝕作用，可以顯著降低近紅外量子點(diǎn)在400 nm-500 nm之間的光吸收強(qiáng)度和熒光強(qiáng)度，從而