氧化石墨烯用于生物傳感器的設(shè)計.pdf

1、隨著納米材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的納米材料被應(yīng)用到生物傳感器的設(shè)計、生物分子檢測、生物毒理測試、分子醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種新型納米材料，它的特殊單原子層結(jié)構(gòu)使其具有了許多獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，有關(guān)石墨烯和氧化石墨烯(GO)的基礎(chǔ)應(yīng)用研究已成為當(dāng)前的前言和熱點課題之一。擁有大尺寸二維芳香平面的石墨烯可以作為修飾特定生物分子的基底，這些生物功能化修飾提高了石墨烯的生物相容性、穩(wěn)定性、選擇

2、性。近年來石墨烯與氧化石墨烯(GO)被引入到基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)原理的生物傳感器當(dāng)中。熒光共振能量轉(zhuǎn)移是指兩個熒光基團間能量從供體傳遞給受體的現(xiàn)象，F(xiàn)RET已經(jīng)成為檢測生物大分子納米級距離和納米級距離變化的有力工具。理論上與實驗上的研究都表明石墨烯可以高效的淬滅多種有機熒光基團和量子點(QDs)的熒光。同其它的有機淬滅基團相比，石墨烯的淬滅效率比較高，具有很低的背景熒光和較高的信倍比。基于GO-FRET的檢測平臺，我們發(fā)展了

3、幾種檢測蛋白酶和小分子的方法，具體內(nèi)容如下：
　　 ⑴在本研究工作中，我們基于GO-FRET的檢測平臺實現(xiàn)了對caspase-3蛋白酶的檢測。設(shè)計了一條一端標(biāo)有熒光基團的多肽分子探針，多肽分子探針上苯丙氨酸殘基與氧化石墨烯疏水面通過π-π靠電子的堆積作用而使兩者吸附在一起。此時熒光基團作為熒光的供體，氧化石墨烯作為熒光的受體，熒光淬滅。然后caspase-3切斷多肽探針使熒光基團從氧化石墨烯上脫落，熒光得以恢復(fù)。為了進一步提高靈

4、敏度，我們采用了先酶切后加氧化石墨烯的策略，當(dāng)caspase-3存在時多肽鏈被切斷，標(biāo)記有熒光基團的一端只含有賴氨酸殘基，熒光基團不會被氧化石墨烯吸附，當(dāng)加入氧化石墨烯時熒光不會被淬滅。caspase-3響應(yīng)的動態(tài)范圍可從1.45 ng/ml到72.5 ng/ml，其檢測的最低濃度為1.45 ng/ml。該方法易于推廣，可以延伸到其它蛋白酶的檢測領(lǐng)域中去，只需改變多肽分子探針的序列使之可以和要檢測的蛋白酶特異性的相互作用，就可以達到檢測

5、的目的。
　　 ⑵在上一個工作的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)非特異性的蛋白(BSA)會干擾氧化石墨烯對多肽探針的吸附，所以我們將熒光基團標(biāo)記的多肽分子探針共價交聯(lián)在氧化石墨烯上，利用這種新型的策略對caspase-3進行檢測。和吸附這種非共價交聯(lián)的方法相比，共價交聯(lián)的方法具有更多的優(yōu)點，它可以消除非特異性蛋白的競爭吸附，提高傳感器的穩(wěn)定性，Caspase-3蛋白酶范圍為7.25 ng/ml到362 ng/ml，檢測的最低濃度為7.25 ng

6、/ml(約為0.4 nM)。共價交聯(lián)的方法抗干擾能力強，將來可以用于細胞或組織等更為復(fù)雜的環(huán)境和體系中。
　　 ⑶在本研究工作中，我們利用氧化石墨烯作為淬滅劑，構(gòu)建了一種篩選G四鏈體小分子配體的方法。氧化石墨烯對單鏈DNA具有很強的吸附能力，并可以淬滅標(biāo)記在其上熒光基團的熒光，當(dāng)G四鏈體小分子配體加入時，它可以誘導(dǎo)單鏈信號探針形成G四鏈體的結(jié)構(gòu)，從而使其從氧化石墨烯上脫落，熒光得到恢復(fù)。我們使用傳統(tǒng)的中藥有效成分的單體作G四鏈體