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基于量子点和金属纳米簇的荧光纳米生物传感器的构建及应用研究

陈俊阳  
【摘要】:生物传感器是化学传感器的一个重要分支,它是由化学、物理学、生物学和电子学等多种学科交叉发展的产物。其中,荧光纳米生物传感器因具有毒性低、响应速度快、操作简单和灵敏度高等优点,被广泛地应用于生物分析领域。纳米材料技术是21世纪发展最快且分支最广的材料技术之一,它的蓬勃发展对生物传感器的构建起着至关重要的作用。量子点,作为荧光纳米材料的一种,具有尺寸依赖的可调节发射波长、宽的激发峰、窄而对称的发射峰和高的量子产率等性质,这些优良的性质使它们在生物传感领域得到了广泛的应用。作为一种新型荧光纳米材料,金属纳米簇具有光稳定性强、斯托克斯位移大、毒性低、生物相容性好和制备方法简单等优点,因此,它们被广泛地应用于荧光检测、基因诊断和生物成像等领域。本文主要基于量子点和金属纳米簇优异的荧光性质,结合生物传感器的优势,构建了一系列的荧光纳米生物传感器,并研究了其在生物酶活性和基因诊断等生物医学分析领域中的应用。主要研究内容如下:第一章,我们简要介绍了构建荧光纳米生物传感器时最常用的两种新型荧光纳米材料:量子点和金属纳米簇,主要包括它们的荧光性质、制备方法以及它们在生物传感方面的应用,并在此基础上,阐述了本论文的主要构思和研究意义。第二章,通过简单地混合Hg~(2+)和Zn Se QDs,我们成功制备了具有红色荧光的Hg-Zn Se QDs。基于原位合成Hg-Zn Se QDs和喹喔啉衍生物(QXD),我们成功构建了比率荧光探针用于碱性磷酸酶的检测。该方法可以灵敏地检测0.001-0.02 U L~(-1)和0.02-1.4 U L~(-1)范围内碱性磷酸酶的活性,检出限为0.001 U L~(-1)。此外,该方法被成功地应用于血清样品中碱性磷酸酶的检测。第三章,基于ZIF-8和Hg-Zn Se QDs的自组装,我们成功地构建了荧光纳米探针(ZIF-8@QDs)用于谷胱甘肽S转移酶的检测。该纳米探针不仅改良了Hg-Zn Se QDs的荧光性能,而且利用了ZIF-8的选择性富集作用,极大地提升了谷胱甘肽S转移酶检测的灵敏度。谷胱甘肽S转移酶检测的线性范围为0.05-1.2m U L~(-1),检出限为0.014 m U L~(-1)。该方法可用于尿液样品中谷胱甘肽S转移酶的检测。第四章,通过在DNA修饰的石墨烯量子点表面原位生成荧光铜纳米簇,我们成功构建了一种灵敏的比率荧光传感平台用于HTLV-I基因的检测。该基因检测的线性范围为20 p M-12 n M,检测限为10 p M。此外,我们将该传感平台用于人体血清样品中目标基因的检测,并取得了令人满意的结果。第五章,基于磁性分离技术、原位生成荧光铜纳米簇(Cu NCs)技术以及靶循环放大技术,我们成功构建了荧光纳米传感平台,用于目标病毒基因的检测。该基因的检测范围为5 p M-5 n M,检出限为1 p M。此外,该方法被成功地应用于人体尿液和血清样品中病毒基因的检测,具有良好的实际应用价值。第六章,基于DNA/Ag NCs和DNA酶,我们开发了一种新型的、无标记的荧光/比色双模传感器用于HPV的定量检测。在优化条件下,荧光法和比色法的线性检测范围分别是0.01-4 n M和0.02-4 n M,检出限分别是2.3和5.2 p M。同时,我们将该传感平台用于不同实际样品中HPV的检测,验证了该传感平台在复杂生物样品检测中的特异性和实用性。第七章,我们系统地总结了本论文的研究工作,并对未来的工作进行了展望。


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