納米熒光探針用于生物活性分子的研究與應(yīng)用.pdf

1、納米熒光探針作為一種新型的探針，它所特有的量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)使之呈現(xiàn)出許多與同質(zhì)單個(gè)分子或大塊物體不同的光學(xué)性質(zhì)，因此，納米材料作為熒光探針用于分析化學(xué)的研究逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。目前研究最多的是半導(dǎo)體納米微粒，也稱其為量子點(diǎn)。當(dāng)這些半導(dǎo)體量子點(diǎn)的直徑小于其激子玻爾直徑(一般小于10nm)時(shí)，就會表現(xiàn)出特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，這種特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它具有量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，并由此派生出半導(dǎo)體量

2、子點(diǎn)獨(dú)特的發(fā)光特性，它們在生物熒光分析中的應(yīng)用已經(jīng)成為一個(gè)廣泛的研究熱點(diǎn)。 與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)波長范圍及窄的發(fā)射波長范圍，發(fā)射峰窄而對稱，發(fā)射波長可通過控制它的大小和組成來調(diào)諧，熒光強(qiáng)度及穩(wěn)定性是普通熒光染料的100倍左右，幾乎沒有光漂白現(xiàn)象，熒光壽命長，生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可以作為熒光探針或傳感器對生物樣品和細(xì)胞進(jìn)行成功染色。近幾十年來，科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識到將生物機(jī)制與生物分子相互融合構(gòu)建人工生物機(jī)

3、器的強(qiáng)大作用。隨著近年來在納米技術(shù)方面所取得的研究進(jìn)展，納米材料可以被設(shè)計(jì)作為高靈敏度的化學(xué)或生物傳感器。納米傳感器固定有生物識別的探針會對某一特定的被分析物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)，從而形成了納米生物傳感器。它通常包括一個(gè)具有生物識別作用的部分或者是由生物識別單元共價(jià)連接在信號傳導(dǎo)器上而形成，特定的分析物質(zhì)與生物受體之間的相互作用被設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生對納米生物傳感器的物理化學(xué)性質(zhì)的擾亂，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成一種可以測量的響應(yīng)如光學(xué)信號或電學(xué)信號，從而實(shí)現(xiàn)納米材料對

4、于生物體系的影響以及生物分子的功能研究。納米材料及其生物復(fù)合物用于生物傳感和生物活性分子檢測的最新進(jìn)展引起了研究者的極大關(guān)注，例如，半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于它本身所具有的良好光學(xué)性質(zhì)、高的催化效應(yīng)及高的電子轉(zhuǎn)移效率，已經(jīng)被作為一種極好的材料用于酶反應(yīng)的生物分析和應(yīng)用中。因此，設(shè)計(jì)具有良好性能的新型熒光納米生物傳感器用來實(shí)現(xiàn)生物活性分子或細(xì)胞內(nèi)活性物質(zhì)的分析和測定已經(jīng)成為科學(xué)工作者的巨大挑戰(zhàn)。 本論文基于水溶性CdTe量子點(diǎn)良好的光學(xué)特性

5、和生物相容性的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)組裝了兩種新型熒光納米生物傳感器用于生物活性分子葡萄糖的直接測定，主要包括: (一)設(shè)計(jì)組裝了一種基于CdTe量子點(diǎn)(QDs)和金納米粒子(AuNPs)之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)原理的納米生物傳感器QDs-CortA-β-CDs-AuNPs實(shí)現(xiàn)血清中葡萄糖的直接測定。該傳感方法是通過伴刀豆球蛋白(ConA)對葡萄糖的特定識別進(jìn)行FRET調(diào)控而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)葡萄糖存在時(shí)，葡萄糖與β-環(huán)糊精(β-CDs)競

6、爭同ConA的結(jié)合位點(diǎn)，由于葡萄糖與ConA是特異性結(jié)合的，從而使得FRET的效率降低，QDs的熒光逐漸恢復(fù)。該方法的線性范圍為0.10μM～50μM，檢測限為50 nM，血清中存在的其它糖類和大多數(shù)生物物種不會對葡萄糖的測定產(chǎn)生影響；該方法用于正常人血清中葡萄糖直接測定的結(jié)果是令人滿意的。 (二)設(shè)計(jì)組裝了一種新型熒光納米復(fù)合物CdTe QDs-GOx，從而實(shí)現(xiàn)了葡萄糖氧化酶(GOx)活性的增強(qiáng)和活性溫度響應(yīng)范圍的拓寬并且同時(shí)

7、作為一種納米傳感器實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的測定。該測定機(jī)制的提出是基于電子轉(zhuǎn)移原理而促使CdTe QDs的熒光猝滅而實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果表明，所測得的GOx的米氏常數(shù)為0.45mM/L，該常數(shù)實(shí)現(xiàn)了目前所報(bào)道的GOx活性的最大提高；此外，GOx偶聯(lián)到CdTe QDs上在20-80℃獲得了較好的熱穩(wěn)定性并且在40-50℃的寬范圍內(nèi)保持了最大的生物活性。該方法對于葡萄糖測定的線性范圍為5.0 μM～1.0 mM，檢測限為0.10μM，這也為復(fù)雜生物體系中低濃