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《西北大学》 2015年
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基于金和石墨烯纳米材料的生物分子化学发光新方法及其应用

骆凯  
【摘要】:高性能纳米材料制备及其在生物分子测定中的应用是生命分析研究领域的热点之一。本论文基于不同的原理制备了具有发光特性的AuNMs和GQDs,并基于这些纳米材料建立了5种CL和ECL新方法,并应用于9种生物分子测定。该研究丰富了生物分子的分析方法,拓宽了纳米材料的应用范围。全文共分四章,作者的主要贡献可分为两个方面。1.制备AuNMs新方法及在CL分析中的应用(1)以Pep为模板,基于luminol pH依赖特性,制备了不同形貌和尺寸的AuNMs,考察反应介质pH值及模板分子对生成的AuNMs的影响。结果表明,pH为10.5时,获得1-2 nm球形颗粒的金纳米簇;12.0时,产生35±5.6 nm类似花型结构的金纳米颗粒;14.0时,形成400土25 nm类似六边形的金纳米层;并对其可能产生的机理进行了探讨。(2)将pH值为10.5的鲁米诺碱性溶液与HAuCl4溶液混合制备鲁米诺功能化金纳米颗粒(lum-AuNPs);以lum-AuNPs作为发光探针,基于Pep及Pep与5种生物碱(山莨菪碱、小檗碱、利血平、药根碱和苦参碱)相互作用对lum-AuNPs CL信号的增敏、抑制作用;建立了测定5种生物碱的FI-CL新方法;研究了Pep与5种生物碱间的相互作用,通过分子对接方法进行了佐证。结果表明,对上述5种生物碱的测定具有较好的灵敏度,其线性范围分别为0.05~70 nmol·L-1,0.01~30 nmol·L-1,0.07~50 nmol·L-1, 0.05~50 nmol·L-1和0.03~30 nmol·L-1; 1um-AuNPs作为发光探针,与Pep间存在化学发光增敏复合物作用机制,与Pep/5种生物碱间存在化学发光淬灭复合物作用机制;Pep与5种生物碱间主要以疏水作用力相结合。(3)基于HAuCl4在线生成的金纳米簇(AuNCs)对luminol-Pep CL体系的增敏作用,建立了luminol-HAuCl4-Pep FI-CL体系测定卡托普利(CAP)新方法,与微透析采样技术联用,成功用于家兔体内CAP药代动力学研究。结果表明,在线生成粒径在3~5 nm的AuNCs可显著增强CL强度,CAP与Pep间的相互作用可有效抑制CL强度,且CAP浓度在3.0 pmol·L-1~0.1 μmol·L-1范围内呈线性关系,最低检出限为1.0pmol·L-1;药代动力学研究表明,家兔体内CAP药代动力学行为符合二室开放模型。(4)以luminol-Pep-HAuCl4 CL体系为基础,采用静态注射化学发光法,制备了鲁米诺功能化金纳米簇(lum-AuNCs)。研究了其光电化学性质;基于碱性条件下,碱性磷酸酶(ALP)催化下磷酸苯酚钠(PPNa)生成具有抑伟1um-AuNCs ELC信号的phenol,以PPNa为底物,在碱性条件下,构置了ALP生物传感器。结果表明,3~5 nm的1um-AuNCs具有较好的光电化学性质,以PPNa为底物,在碱性条件下,ALP可有效抑制ECL强度,线性范围为0.3~12.0 nmo1·L-1,最低检出限为0.1 nmo1·L-1,并将其应用于人血清中ALP含量测定,结果与临床测定结果相符。2.2制备GQDs新方法及在ECL分析中的应用(1)采用高级氧化技术中的Photo-Sono协同H202技术,通过“氧化切割”方式制备了GQDs,探讨了其可能的生成机制,研究了其光电化学性质。结果表明,通过控制光照时间(25 min),超声时间(20 min以及H202浓度(6%),可获得荧光Em在475 nm至650nm可调,尺寸均匀,且具有较好的光电化学性质的GQDs;通过机理分析,推测根据氧化切割“进攻”位点不同,可产生两种切割机制,即“边缘切割”和“表面切割”。(2)以玻碳电极(GCE)为基底电极,GQDs为ECL发光探针,利用GQDs对H202具有类似过氧化氢酶的催化作用以及H2O2对GQDs ECL信号的抑制作用,构置了GODx/CS-GQDs/GCE ECL生物传感器,建立了测定葡萄糖(glucose)的ECL新方法;结果表明,在GODx/CS-GQDs/GCE ECL体系中,ELC信号强度主要与葡萄糖氧化酶催化glucose生成的H202相关,且具有明显抑制作用,glucose的线性范围为1.0~120.0pmol·L-1,最低检出限为0.3 pmol·L-1。与文献报道同类其他传感器相比较,新型传感器灵敏度更高、线性范围更宽。(3)基于细胞氧化损伤过程中,线粒体可释放出额外的H2O2,以及GQDs对H202具有类似过氧化氢酶的催化作用,通过自组装方式构置了MGC-803/RGD肽/GQDs/APTMS/ITO ECL生物传感器;在佛波酯诱导下,测定细胞氧化损伤过程中所释放出的H2O2。研究表明,借助于EDC/NHS交联作用,RGD肽和GQDs可被逐层组装至APTMS/ITO电极表面,而基于RGD肽对癌细胞MGC-803的识别作用,可将细胞接枝于RGD肽/GQDs/APTMS/ITO电极表面;构建的ECL癌细胞传感器可用于原位实时在线测定经佛波酯诱导作用细胞氧化应激过程中释放的H202。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O657.3;O613.71

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