碳量子點和銀納米簇在生物水解酶活性檢測中的應用研究.pdf

1、碳量子點(CQDs)是一類尺寸小于10nm的準球形碳納米材料，具有很強的光穩(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。此外，通過對碳量子點進行表面鈍化和官能化，人們能夠對其物理和化學性能進行有效地控制。自人們發(fā)現(xiàn)碳量子點以來，碳量子點已經(jīng)在化學傳感，生物傳感，生物成像，納米醫(yī)療，光催化和電催化等各領域得到了廣泛地研究和應用，具有廣闊的發(fā)展空間。
　　金屬納米簇(Metal NCs)是一類由幾個到幾十個金屬原子組

2、成，尺寸接近電子費米波長的新型納米材料，主要包括金納米簇(AuNCs)，銀納米簇(AgNCs)和銅納米簇(CuNCs)。金屬納米簇由于強烈的電子限域效應而產(chǎn)生離散的能級結構，具有了獨特的光學、電學和化學性質(zhì)。金屬納米簇具有很強的光致發(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。眾多優(yōu)異的性能使得金屬納米簇在化學傳感，生物傳感，生物成像和納米醫(yī)療等領域得到了廣泛的研究與應用。
　　本文主要圍繞碳量子點(CQDs)

3、和金屬納米簇中的銀納米簇(AgNCs)，對它們在生物酶活性檢測領域的應用進行研究。主要展開了以下研究工作:
　　(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(CQDs)表面，構建用于實時檢測堿性磷酸酶(ALP)活性的納米探針。碳量子點首先修飾上3-氨基苯硼酸，然后通過B-O鍵將羥基丙基-β-環(huán)糊精修飾在碳點表面，合成探針(β-CD-CQDs)。測定堿性磷酸酶時，對硝基苯磷酸二鈉鹽作為底物會被水解成p-硝基苯酚

4、和磷酸根，通過主客體識別作用，p-硝基苯酚被包裹進羥基丙基-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。碳量子點和p-硝基苯酚之間發(fā)生光誘導電子轉移(PET)，導致熒光猝滅。探針的熒光猝滅率和堿性磷酸酶活性之間的相關性可用于測定堿性磷酸酶活性。該方法將主客體識別作用的應用擴展到生物酶檢測領域。
　　(2)利用EDC/NHS偶聯(lián)反應，將氨基修飾的單-6-氨基-β-環(huán)糊精(NH2-β-CD)通過酰胺鍵直接修飾到碳量子點表面，

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

6、過靜態(tài)猝滅機制，不發(fā)熒光的包合物的形成將導致探針的熒光猝滅。我們用p-硝基苯酚的糖苷化合物作為底物，在相應糖苷酶的催化下水解成單糖和p-硝基苯酚，隨后通過主客體識別，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，該方法就可以測定不同糖苷酶的活性。本文以β-半乳糖苷酶為例進行闡述。
　　(3)基于超分子自組裝過程，構建了用于測定α-葡萄糖苷酶活性和篩選其抑制劑的生物傳感器。通過EDC/NHS偶聯(lián)反應，將單-6-乙

7、二胺-β-環(huán)糊精(β-CD)通過酰胺鍵直接修飾到碳量子點(CQDs)表面，合成熒光探針(β-CD-CQDs)。通過主客體識別作用，p-硝基苯酚可以和β-CD-CQDs探針進行自組裝，形成的自組裝體不發(fā)熒光，導致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性可以用于測定α-葡萄糖苷酶活性。
　　(4)通過一鍋法合