功能化長壽命發(fā)光材料在環(huán)境重金屬和生物分子檢測中的應用研究.pdf

1、由于熒光分析法具有良好的靈敏性和選擇性等優(yōu)點在環(huán)境監(jiān)測和生命科學中的應用越來越廣泛。在早期的熒光分析法中常用的有機熒光染料存在著激發(fā)光譜窄、發(fā)射光譜寬且不對稱、熒光穩(wěn)定性差等不足以及熒光探針激發(fā)發(fā)射區(qū)域與生物體系內(nèi)源熒光重疊，背景干擾大，生物熒光探針靈敏性較低、信號易受環(huán)境影響等問題影響到有機熒光染料熒光法的應用。因此，通過合成新型長壽命發(fā)光材料，利用時間分辨的方法消除樣品中熒光背景和固體基質(zhì)背景光的干擾具有重要的理論與實際意義。本論文

2、主要進行了一系列具有優(yōu)異發(fā)光性能的長壽命發(fā)光染料的設(shè)計與合成，并將其應用于環(huán)境中重金屬離子、生物分子和痕量水的檢測。本論文提出的檢測方法具有高靈敏性和良好的選擇性等優(yōu)點。
　　主要完成內(nèi)容如下:
　　(1)提出了一種基于長壽命發(fā)光量子點(QDs)和金納米顆粒(GNPs)的時間分辨熒光共振能量轉(zhuǎn)移的水體中Hg2+含量的檢測方法。該模型包含兩條ssDNA探針、長壽命發(fā)光的Mn∶ CdS/ZnS(QDs)以及GNPs。兩條富含T堿

3、基的ssDNA探針用以捕獲水體中的Hg2+，其中一條ssDNA（探針1）通過5端巰基修飾上QDs，另一條ssDNA（探針2）通過5端巰基修飾上GNPs。QDs用作能量轉(zhuǎn)移供體，GNPs用作能量轉(zhuǎn)移受體。在Hg2+存在的水溶液中，Hg2+促使T堿基對形成T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)而使探針1和探針2發(fā)生雜交。此時，QDs與GNPs彼此靠近，發(fā)生從QDs到GNPs的熒光共振能量轉(zhuǎn)移，使得QDs的熒光顯著降低。在濃度范圍為1.0×10-8～1.0×1

4、0-9 mol/L時，QDs時間分辨熒光強度與Hg2+濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，該方法的檢測限為0.49 nmol/L（緩沖液中）和0.87 nmol/L（自來水中）。該方法在實際水樣（自來水、江水和湖水）中的檢測結(jié)果與原子熒光法一致。此外，該方法具有良好的選擇性（第2章）。
　　(2)發(fā)展了一種超靈敏的“turn-on”時間分辨熒光傳感器用于Hg2+的檢測。該方法主要是基于Hg2+引起的富含T堿基的ssDNA的結(jié)構(gòu)變化。水溶性長壽

5、命發(fā)光量子點(Mn∶CdS/ZnS)作為熒光染料標記上一條富含T堿基的33個堿基的ssDNA（探針2），金納米顆粒(GNPs)作為量子點熒光淬滅劑標記上一條10個堿基的ssDNA（探針2）。在沒有Hg2+存在的樣品溶液中，探針1和探針2能夠形成雜交結(jié)構(gòu)，使得Mn∶CdS/ZnS熒光顯著降低。在有Hg2+存在的樣品溶液中，Hg2+能夠促使探針2形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，從而使GNPs標記的探針1從雜交結(jié)構(gòu)中解離出來。此時量子點熒光信號顯著升高。該方法

6、的最低檢測限為0.18 nmol/L。選擇性實驗表明，該熒光傳感器即使是在高濃度其它金屬的離子的干擾下仍然對 Hg2+具有良好的選擇性。利用該傳感器成功的對自來水和湖水樣品中的Hg2+進行了檢測研究（第3章）。
　　(3)基于T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)和量子點(QDs)與氧化石墨烯(GO)之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移，提出了一種對Hg2+進行檢測的時間分辨熒光法。作者設(shè)計了兩段富含T堿基的ssDNA作為Hg2+的捕獲探針，其中一條修飾上Mn∶

7、CdS/ZnS QDs。在反應體系中Hg2+的加入能促使兩段富含T堿基的ssDNA相互雜交形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)，使得QDs能夠遠離GO表面，此時，與沒有加入Hg2+的體系相比，體系的熒光信號明顯增強。在檢測范圍為0.2到10nmol/L時，時間分辨熒光強度與Hg2+濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測限為0.11 nmol/L。這個檢測限遠遠低于美國環(huán)境保護署對于飲用水中Hg2+含量的限值。該檢測方法即使是在有其它金屬離子干擾時也能表

8、現(xiàn)出對Hg2+的特異性。該檢測方法已成功地應用于實際水樣中Hg2+的檢測研究（第4章）。
　　(4)由于金納米顆粒(GNPs)能夠吸附?jīng)]有與目標物質(zhì)結(jié)合的核酸適配體，而且能夠淬滅鋱配合物的熒光，因此作者利用非標記的核酸適配體、鋱配合物和GNPs提出了一種靈敏性高的蛋白質(zhì)檢測方法。在有凝血酶蛋白存在時，核酸適配體更傾向于與凝血酶結(jié)合形成特異性的G-四分體結(jié)構(gòu)而使其不能被吸附于GNPs表面，此時，加入0.5 mol/L鹽溶液時，GNP

9、s將發(fā)生聚集。在低速條件下離心去除聚集的GNPs后，上清液對鋱配合物熒光的淬滅性能降低，因此，鋱配合物的熒光強度隨著凝血酶濃度的增加而增強。由于核酸適配體對凝血酶的特異性識別能力以及GNPs對于鋱配合物熒光的強淬滅性，本章中提出的方法對于凝血酶的檢測具有良好的選擇性和高的靈敏性。在最優(yōu)化實驗條件下，凝血酶濃度在1.0×10-8～1.0×10-9 mol/L時，鋱配合物的時間分辨熒光強度與凝血酶濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測限為0.14 n

10、mol/L，該檢測限低于很多比色法傳感器和一些熒光傳感器。該方法成功地應用于復雜生物樣品中的凝血酶檢測（第5章）。
　　(5)基于凝血酶的兩段不同的核酸適配體提出了一種對凝血酶進行檢測的時間分辨熒光傳感體系。凝血酶的15個堿基的核酸適配體作為捕獲探針共價固定在玻璃片表面，29個堿基的核酸適配體作為檢測探針與熒光物質(zhì)結(jié)合。在本章中，作者使用銪配合物作為熒光標記物。凝血酶的加入能夠使得其兩段核酸適配體與其形成三明治結(jié)構(gòu)。本章中銪配合物

11、的時間分辨熒光強度與凝血酶濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。本傳感體系具有較寬的線性范圍和較低的檢測限，而且具有良好的選擇性（第6章）。
　　(6)利用自制的銪配合物提出了一種對小分子腺苷進行高靈敏性檢測的時間分辨熒光傳感器。銪配合物的熒光信號可以用時間分辨的方法檢測到，通過時間分辨熒光法可以有效地消除非特異性背景信號的干擾。氨基修飾的腺苷的核酸適配體能夠與醛基化的玻片進行共價結(jié)合。銪配合物標記的ssDNA能夠與腺苷的核酸適配體雜交而結(jié)合在

12、玻片表面。當加入腺苷時，腺苷的核酸適配體與腺苷結(jié)合從而使得核酸適配體與ssDNA的雜交體系轉(zhuǎn)變?yōu)楹怂徇m配體與腺苷的體系，從而解離出銪配合物結(jié)合的ssDNA，使得玻片表面的時間分辨熒光信號降低。在最優(yōu)化條件下，時間分辨熒光強度與腺苷濃度在1.0×10-8～1.0×10-7mol/L之間時呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測限為5.61 nmol/L。此傳感器還具有優(yōu)異的選擇性，能夠作為腺苷檢測的潛在方法之一（第7章）。
　　(7)提出了一種對有

13、機溶劑中水含量進行檢測的時間分辨熒光傳感器。銪配合物(ETC)由本實驗室合成并作為熒光水傳感器中的熒光指示劑。為了防止染料泄露，ETC與丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯、交聯(lián)劑和光敏劑一起光共價聚合在硅烷化的玻片表面。隨著有機溶劑中水含量的增加，ETC的時間分辨熒光強度逐漸降低。在水含量在0.0～8.0％(v/v)時，ETC的時間分辨熒光強度與水含量呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。在乙醇、四氫呋喃和1，4-二氧六環(huán)中的檢測限分別為0.056％、0.042