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《西北大学》 2018年
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量子点比率荧光探针的设计及对活性生物分子的检测研究

王永波  
【摘要】:量子点由于其荧光量子产率高、比表面积大、抗光漂白、荧光可调等优良的性能而被广泛应用,尤其是水溶性量子点的发展,使量子点在生物医学领域表现出潜在的应用价值。和传统的有机荧光染料相比,量子点优良的光学性能,使其成为更优越的荧光材料,并在分析检测领域表现出巨大的应用潜力。本论文主要以Ⅱ-Ⅵ族量子点的水相合成、荧光调控及在生物探针方面的应用为主线,开展了一系列的相关研究。论文主要研究内容如下:(1)针对传统水相法合成量子点荧光半峰宽较宽、量子产率低等问题,在水相合成Cd Te量子点基础上,通过对合成过程的调控,使量子点的光学性能有所提高。结果表明,较低的前驱体浓度以及成核与生长过程的分离可以有效提高量子点的荧光量子产率并降低半峰宽。基于量子点不同波长荧光对同一目标生物分子不同的荧光响应,构建了一种基于两种不同荧光发射量子点(GQDs和RQDs)的比率荧光探针,并以最大发射处的荧光强度比(F606/F510)为输出信号对水溶液中的H_2O_2进行定量检测。结果表明,在10~125μmol/L范围内F606/F510与H_2O_2浓度表现出较好的线性关系,线性相关系数R2=0.991,检测限为0.3μmol/L。干扰实验表明本章所构建的双量子点比率荧光探针对H_2O_2表现出较好的选择性,有望应用于实际生物样品中H_2O_2的分析检测。(2)通过原位生长法将不同尺寸(不同荧光发射)的Cd Te量子点与上转换纳米颗粒(UCNPs)结合,以UCNPs为能量供体,量子点为能量受体,构建了基于FRET的复合体系。通过UCNPs与量子点之间的FRET过程,在980 nm近红外光激发下检测到了量子点的荧光发射峰,实现了对量子点的近红外激发。结果表明,近红外光激发下检测到的量子点荧光主要来自于UCNPs和量子点之间的非辐射FRET过程。近红外光激发不仅可以避免生物体自体荧光的背景干扰,也可以提高量子点的荧光稳定性。进一步以所构建的红外激发量子点体系为荧光探针,实现了对水溶液中多巴胺(DA)的定量检测。结果表明在10~300 nmol/L的范围内红外激发量子点的荧光强度与DA浓度表现出良好的线性关系,线性相关系数R2=0.994,检测限为8 nmol/L。同时,考察了探针对生物体系其他常见物质的荧光响应情况,结果表明该探针对DA具有高的选择性。(3)通过在ZnS量子点中掺杂金属离子,分别得到了稀土Eu~(3+)和过渡金属Mn~(2+)离子掺杂的ZnS量子点。其中,Eu-ZnS量子点的荧光光谱表明,除了ZnS在410 nm左右的本征发射峰外,在590、618和695 nm处分别出现了Eu~(3+)的特征发射峰,分别对应于Eu~(3+)离子5D0到7F1、7F2和7F4电子能级的电子跃迁。同时,Mn-ZnS量子点同时具有两处荧光发射峰,即~418 nm和~570 nm,分别对应量子点的表面缺陷态发光和Mn~(2+)的4T1→6A1电子跃迁。其中,Mn-ZnS量子点合成简单且荧光量子产率高,两处不同波长的荧光对同一目标生物分子表现出不同的荧光响应。基于此,构建了Mn-ZnS量子点比率荧光探针,并对其检测性能进行了初步的考察。(4)通过两步掺杂过程即成核与生长掺杂在ZnS量子点中同时掺入Cu和Mn两种过渡金属离子,得到Cu-Mn共掺杂ZnS(Cu-Mn-ZnS)量子点。荧光光谱上在~490 nm和~595 nm两处同时出现荧光发射峰,分别对应Cu~(2+)和Mn~(2+)离子的特征荧光发射峰。进一步通过对掺杂过程的调控,得到了具有较大波长差和相对荧光强度合适的Cu-Mn-ZnS量子点。基于两种波长的荧光对生物分子的不同响应,以Cu-Mn-ZnS量子点中Cu~(2+)和Mn~(2+)离子的特征荧光峰强度比(F595/F490)为输出信号,构建了基于双掺杂量子点的比率荧光探针,并实现了对叶酸(FA)的定量检测。结果表明,随着FA浓度的增加,Cu~(2+)的掺杂峰强度逐渐猝灭,而Mn~(2+)的则逐渐增强。以F595/F490为检测输出信号,在0.01~5μmol/L范围内F595/F490与FA浓度之间具有很好的线性关系(R2=0.995)。为进一步阐明该比率荧光探针检测FA的机理,提出了基于电子传递过程的荧光响应机制。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O657.3

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