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(yīng)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(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測和生命科學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。在早期的熒光分析法中常用的有機(jī)熒光染料存在著激發(fā)光譜窄、發(fā)射光譜寬且不對(duì)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(hào)易受環(huán)境影響等問題影響到有機(jī)熒光染料熒光法的應(yīng)用。因此，通過合成新型長壽命發(fā)光材料，利用時(shí)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(shí)際意義。本論文

2、主要進(jìn)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(jì)與合成，并將其應(yīng)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(diǎn)。
　　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(diǎn)(QDs)和金納米顆粒(GNPs)的時(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)，QDs時(shí)間分辨熒光強(qiáng)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(shí)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(shí)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(diǎn)(Mn∶CdS/ZnS)作為熒光染料標(biāo)記上一條富含T堿基的33個(gè)堿基的ssDNA（探針2），金納米顆粒(GNPs)作為量子點(diǎn)熒光淬滅劑標(biāo)記上一條10個(gè)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(biāo)記的探針1從雜交結(jié)構(gòu)中解離出來。此時(shí)量子點(diǎn)熒光信號(hào)顯著升高。該方法

6、的最低檢測限為0.18 nmol/L。選擇性實(shí)驗(yàn)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(duì) Hg2+具有良好的選擇性。利用該傳感器成功的對(duì)自來水和湖水樣品中的Hg2+進(jìn)行了檢測研究（第3章）。
　　(3)基于T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)和量子點(diǎn)(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(duì)Hg2+進(jìn)行檢測的時(shí)間分辨熒光法。作者設(shè)計(jì)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(yīng)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(yuǎn)離GO表面，此時(shí)，與沒有加入Hg2+的體系相比，體系的熒光信號(hào)明顯增強(qiáng)。在檢測范圍為0.2到10nmol/L時(shí)，時(shí)間分辨熒光強(qiáng)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(gè)檢測限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國環(huán)境保護(hù)署對(duì)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(shí)也能表

8、現(xiàn)出對(duì)Hg2+的特異性。該檢測方法已成功地應(yīng)用于實(shí)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(biāo)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(biāo)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(shí)，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(shí)，加入0.5 mol/L鹽溶液時(shí)，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(duì)鋱配合物熒光的淬滅性能降低，因此，鋱配合物的熒光強(qiáng)度隨著凝血酶濃度的增加而增強(qiáng)。由于核酸適配體對(duì)凝血酶的特異性識(shí)別能力以及GNPs對(duì)于鋱配合物熒光的強(qiáng)淬滅性，本章中提出的方法對(duì)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(shí)驗(yàn)條件下，凝血酶濃度在1.0×10-8～1.0×10-9 mol/L時(shí)，鋱配合物的時(shí)間分辨熒光強(qiáng)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(yīng)用于復(fù)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(duì)凝血酶進(jìn)行檢測的時(shí)間分辨熒光傳感體系。凝血酶的15個(gè)堿基的核酸適配體作為捕獲探針共價(jià)固定在玻璃片表面，29個(gè)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(biāo)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(shí)間分辨熒光強(qiáng)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(duì)小分子腺苷進(jìn)行高靈敏性檢測的時(shí)間分辨熒光傳感器。銪配合物的熒光信號(hào)可以用時(shí)間分辨的方法檢測到，通過時(shí)間分辨熒光法可以有效地消除非特異性背景信號(hào)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(jìn)行共價(jià)結(jié)合。銪配合物標(biāo)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(dāng)加入腺苷時(shí)，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(shí)間分辨熒光信號(hào)降低。在最優(yōu)化條件下，時(shí)間分辨熒光強(qiáng)度與腺苷濃度在1.0×10-8～1.0×10-7mol/L之間時(shí)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(duì)有

13、機(jī)溶劑中水含量進(jìn)行檢測的時(shí)間分辨熒光傳感器。銪配合物(ETC)由本實(shí)驗(yàn)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(jià)聚合在硅烷化的玻片表面。隨著有機(jī)溶劑中水含量的增加，ETC的時(shí)間分辨熒光強(qiáng)度逐漸降低。在水含量在0.0～8.0％(v/v)時(shí)，ETC的時(shí)間分辨熒光強(qiáng)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