金银纳米颗粒暗场散射成像探针在药物分析中的应用

摘要

暗场散射成像技术是一种对比度极高的非扫描光学成像技术，且已经被广泛地应用于生化分析、反应监测、生命过程示踪和单细胞成像等领域。单个贵金属纳米颗粒，尤其是金银纳米颗粒(AuNPs和AgNPs)，由于其独特的局域表面等离子体共振(LSPR)所赋予它们的优良的光学性质，如强的紫外-可见吸收和等离子体共振散射带，通常被用作光散射探针。目前，实时监测化学反应已经成为暗场散射成像技术最为常见的应用，而尝试去监测不同类型的、用其它方法难以监测的反应无疑有着重要的意义。而且，现有的这方面研究很少涉及到与药物相关的反应，因此开展相关的研究工作将有助于拓宽暗场散射成像技术在药物分析领域中的应用范围。借助于暗场显微镜(DFM)，等离子体共振能量转移(PRET)也被更好地应用于分子和离子检测，然而其机理尚未被研究清楚，包括其对距离的要求以及供受体之间可能存在的电子转移等等。此外，还未有研究基于PRET的off-on模式实现对两种物质的检测，所以其应用存在一定的局限性。
　　本研究主要内容包括：⑴通过暗场散射成像技术实时监测农药敌百亩的动态降解过程。考虑到过度使用农药已经对环境造成了巨大的伤害，并且对食品安全构成了严重的威胁，而实时监测农药的降解动态过程中可以帮助理解并定义其降解机制，从而减少其危害。在此，以农药敌百亩(二甲基二硫代氨基甲酸钠，NaDDC)为例子，通过在暗场显微镜下成像反应中的单个 AgNPs，我们实时监控了其在中性和碱性条件下的动态降解过程；其中，AgNPs的LSPR瑞利散射信号是在单个纳米颗粒水平上进行测定的。作为结果，我们推测出了敌百亩在中性和碱性条件下降解的化学机理；同时，为了了解其在不同环境下的降解过程，我们调研了金属离子，包括锌(II)离子和铜(II)离子对其降解的抑制作用。研究表明，铜(II)离子能够与敌百亩通过络合作用形成化学计量比为1:2的非常稳定的复合物，从而抑制其水解，大大降低了敌百亩的毒性。⑵单个AgNPs上光致电子转移过程的可视化。理解光致电子转移(PET)的机理对于提高太阳能材料和光敏系统的光电转化效率有着重要的意义。通过利用一个LSPR光谱仪耦合的暗场显微镜在单个AgNPs上实时监测一种常见的表面增强拉曼光谱(SERS)报告分子对氨基苯硫酚(p-ATP)在光照下转变为4,4’-二巯基偶氮苯(DMAB)的化学反应，我们可视化地展现了蕴含在其中的光致电子转移过程。因p-ATP的电子转移延迟效应所造成的LSPR散射光谱的双向移动(先红移，后蓝移)揭示了反应中p-ATP的电子通过AgNPs转移到O2的路径，也使得我们能够数字化不同时间段内AgNP表面所对应的电子得失。这个可视化的PET过程提供了一种研究PET本质的简单而高效的方法，且有可能为涉及到PET的药物合成反应提供一定的理论指导。⑶基于聚乙烯亚胺(PEI)修饰的金纳米棒(AuNRs)和铜离子之间的 PRET的off-on模式实现对N-乙酰半胱氨酸的识别。PEI和铜离子的络合物在634 nm处有较强的吸收，而有些 AuNRs的特征散射峰在630 nm附近，两者符合发生PRET的要求。因此，通过静电吸附的方式把PEI修饰到AuNRs上，利用铜离子和PEI-AuNRs之间的PRET所引起的PEI-AuNRs散射光猝灭实现对铜离子的识别；而常见药物N-乙酰半胱氨酸能够将铜离子还原成一价铜从而破坏其与PEI之间的络合作用，从而使铜离子脱离 PEI-AuNRs表面并使其散射光得到恢复，以此建立N-乙酰半胱氨酸的识别方法。

目录

声明

缩写符号对照表

第1章 论文选题依据

1.1研究意义

1.2国内外研究现状及不足

1.3 存在的主要问题

1.4 研究目标

1.5 研究内容及研究路线

1.6 拟解决的关键问题

1.7 可行性分析

第2章 通过暗场散射成像技术实时监测农药敌百亩的动态降解过程

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第3章 单个AgNPs上光致电子转移过程的可视化

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第4章 基于PRET的铜(II)离子和N-乙酰半胱氨酸识别

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 结论

第5章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 前景展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢