基于LDHs的生物-無機復合發(fā)光薄膜的構(gòu)筑及其熒光傳感性能的研究.pdf

1、層狀復合氫氧化物（Layered double hydroxides，簡稱LDHs）是一種重要的二維納米材料。近些年來隨著無機材料的發(fā)展，基于LDHs的組裝薄膜材料，因表現(xiàn)出許多獨特的物理化學性質(zhì)，在眾多領域顯示了廣闊的應用前景。前期的工作研究中基于靜電作用或氫鍵作用的驅(qū)動，實現(xiàn)了不同的有機、無機功能客體分子與LDHs納米片的組裝，構(gòu)筑了具有豐富性質(zhì)和功能的復合薄膜體系。但是，基于其他驅(qū)動力以及其他種類的組裝客體分子用于拓展LDHs復合

2、薄膜體系構(gòu)筑的研究都還比較少，在某些方面限制了LDHs更廣泛的應用。因此，開發(fā)和探索其他的組裝驅(qū)動力，拓展并實現(xiàn)更多類型的功能基元用于構(gòu)筑LDHs復合薄膜，是目前LDHs復合薄膜領域研究發(fā)展的一個重要方向。
　　本論文以LDHs納米片為主體組裝基元，生物大分子（熒光蛋白EGFP、單鏈核苷酸ssDNA）或用于生物傳感檢測的小分子為客體，通過插層組裝技術(shù)，以靜電作用、氫鍵作用、范德華力以及其協(xié)同作用為組裝驅(qū)動力，實現(xiàn)一系列生物-無機復

3、合薄膜的構(gòu)筑。利用LDHs二維層板的結(jié)構(gòu)特點，使組裝客體分子的性能得以提高，實現(xiàn)了生物分子和小分子的固載化，基于客體分子的熒光性能，進行該類復合薄膜體系在生物傳感方面的應用研究。本工作為生物-無機復合薄膜材料的制備及其在生物熒光傳感方面的應用做了有益的探索。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.小分子8-苯胺基-1-萘磺酸(ANS)/LDH復合薄膜的構(gòu)筑及其生物熒光傳感性能的應用研究:通過層層組裝技術(shù)，將可用于疏水蛋白探針的小陰離子

4、ANS與LDH納米片交替組裝，獲得了具有良好的二維有序周期性結(jié)構(gòu)的(ANS/LDH)n復合薄膜。該體系中小離子ANS與LDH納米片之間的組裝驅(qū)動力主要為靜電作用、氫鍵作用和共軛π電子誘導靜電作用（范德華力）。層層組裝使得薄膜LDH層間的ANS基于主客體相互作用誘導而趨于更有序的方式排列，從而使其偏振熒光得以增強。同時由于LDH層板的2D限域效應使得薄膜中ANS的熒光發(fā)射峰在弱極性溶劑中分裂為三個較窄的熒光峰，并對不同極性溶劑環(huán)境具有可逆

5、性熒光響應。此外該薄膜可選擇性對BSA的不同濃度具有很好的線性熒光增強，并對其不同的聚集狀態(tài)表現(xiàn)出不同的線性響應關系。該工作基于三種驅(qū)動力，實現(xiàn)了特殊結(jié)構(gòu)的小分子與LDHs納米片的組裝，構(gòu)筑了具有優(yōu)異性能的熒光復合薄膜。
　　2.(EGFP/LDH)n復合薄膜的構(gòu)筑及其熒光傳感性能的研究:基于靜電和氫鍵作用，利用成核晶化法直接得到的LDH納米片與熒光蛋白EGFP進行組裝，構(gòu)筑了一種新型的二維有序的生物-無機復合薄膜材料，實現(xiàn)了生物

6、分子EGFP的固載化。該薄膜在一定的pH范圍(4-8)內(nèi)熒光強度隨pH值的減小而減弱，并具有很好的可逆性;同時該薄膜對不同的干/濕環(huán)境具有可逆性熒光響應;基于內(nèi)濾效應，該薄膜對一些生物分子（如原卟啉）也具有可逆性熒光響應。本工作中無機LDH層板為薄膜中的EGFP提供了一個良好的親水環(huán)境，使得其結(jié)構(gòu)和熒光性能得以保持，為其他生物分子的固載化提供了研究基礎，拓展了基于LDH的層層組裝方法及其在生物領域的應用。
　　3.(ssDNA@D

7、API/LDH)n復合薄膜的構(gòu)筑及其熒光傳感性能的研究:利用共組裝的方法，將小分子熒光染料DAPI與ssDNA共混后和LDH納米片層層組裝，構(gòu)筑了二維有序的(ssDNA@DAPI/LDH)n復合超薄膜，實現(xiàn)了生物分子ssDNA和小分子DAPI的固載化?；贒API的熒光強度與DNA的結(jié)合方式的相關性以及DNA堿基配對規(guī)則，研究了該薄膜對不同序列ssDNA的熒光響應變化，對于堿基數(shù)為10個以上互補序列，薄膜的熒光明顯增強，并且隨濃度的增大

8、而增大;對于堿基數(shù)小于10的互補序列，堿基數(shù)越少（越短）的ssDNA片段，熒光增強的越少;對于堿基數(shù)為4的ssDNA片段，薄膜的熒光強度基本無變化;對于非互補序列的ssDNA，薄膜熒光強度也無明顯變化。同時該響應也具有很好的重復性和可逆性，因此該薄膜有望成為一種新的用于檢測特殊序列ssDNA片段的生物熒光傳感器。
　　4.小分子2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP4)插層LDH復合薄膜的構(gòu)筑及其熒光傳感性能的研究:通過共沉

9、淀的方法將有機小分子BP4和表面活性劑DES共插層到LDH層間，利用LDH的層板的限域效應，獲得了熒光強度、熒光壽命和量子產(chǎn)率明顯提高的DES-BP4(x％)/LDH復合發(fā)光材料，其發(fā)射波長從491nm到510nm可調(diào)，其中DES-BP4(8％)/LDH熒光最強，量子產(chǎn)率增至10.45％，與BP4粉體相比，熒光強度增大45倍，量子產(chǎn)率增大13倍。利用溶劑蒸發(fā)法制備的DES-BP4(8％)/LDH復合薄膜，具有良好的發(fā)光性能。該薄膜在一定