石墨烯增强荧光各向异性及其在铜离子、钾离子分析中的应用研究

摘要

近年来，荧光各向异性法在生化分析及临床诊断中具有越来越重要的作用。该方法广泛应用于荧光偏振免疫分析、酶活测定、蛋白质间相互反应、单核苷酸多态性等研究中。由于金属或者小分子能引起的荧光各向异性变化非常微弱，难以用于检测，因而有关的荧光各向异性分析是目前的难点。鉴于此，本论文引入氧化石墨烯作为荧光各向异性增强剂，实现了对铜离子和钾离子的分析检测。在此基础上，进一步探讨了氧化石墨烯作为信号增强剂的机制。具体研究内容包括以下两个方面:
　　 (1)通过引入氧化石墨烯作为荧光各向异性增强试剂，以铜离子为检测目标，开发了一种基于脱氧核酶的高灵敏的金属离子荧光各向异性分析方法。研究发现，当体系中不存在铜离子时，催化链和底物链的杂交体和氧化石墨烯通过π-π堆积和静电作用组装在一起，此时荧光基团的转动与整个组装体一致且转动缓慢，荧光各向异性值高;但当加入铜离子后，底物链在催化链和铜离子共同作用下发生裂解，使带有荧光染料的DNA片段游离出来，荧光各向异性值显著降低。结果表明，其降低的程度与铜离子的浓度在1-32nM之间呈良好的线性。该方法灵敏度高，选择性好，并且，通过选择合适的探针或者生物大分子，我们的方法能够进一步用于其它靶物的检测。
　　 (2)基于钾离子诱导单链DNA探针形成G-四折叠，开发了一种免标记的氧化石墨烯增强荧光各向异性检测钾离子的方法。当体系中不存在钾离子时，单链DNA探针和染料分子吖啶橙都会吸附到氧化石墨烯表面。此时由于染料分子的自由运动被所形成的组装体束缚，转动缓慢，具有很高的荧光各向异性值。当向体系中加入钾离子时，单链DNA探针会形成DNA四折叠结构。DNA四折叠结构和氧化石墨烯存在较弱的π-π相互作用力，而DNA四折叠结构与吖啶橙作用力强于氧化石墨烯与吖啶橙的作用力，所以染料分子远离氧化石墨烯表面嵌入DNA四折叠结构中，从而荧光各向异性值显著降低。本方法检测范围宽，在10μM-2mM之间呈良好线性，且不需要DNA修饰，因此成本低廉、简单实用。
　　 在本研究中，我们提出了氧化石墨烯增强荧光各向异性策略。该策略已成功应用到金属离子分析检测中，解决了荧光各向异性法难以实现金属离子检测的困难。同时，该方法具有普适性，如果将DNA探针替换成抗体、多肽等其它分子，便能够应用于小分子、蛋白质、病原体等多种靶物的分析中。

目录

声明

论文说明

摘要

缩写符号对照表

第1章 选题依据

1.1 荧光各向异性法

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1.2.1 荧光各向异性分析的研究现状

1.2.2 荧光各向异性信号增强策略

1.2.3 石墨烯在荧光分析中的研究现状

1.3 存在的主要问题

1.4 本研究的出发点与拟解决的问题

1.5 研究内容及研究路线

第2章 基于脱氧核酸酶的氧化石墨烯增强荧光各向异性法检测铜离子

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器

2.2.2 材料

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 实验原理

2.3.2 氧化石墨烯加入前后荧光各向异性变化

2.3.3 不同碳纳米材料作为增强剂

2.3.4 氧化石墨烯用量对荧光各向异性变化的影响

2.3.5 线性曲线

2.3.6 选择性实验和特异性考察

2.4 本章小结

第3章 氧化石墨烯增强的免标记荧光各向异性法检测钾离子

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器

3.2.2 材料

3.2.3 钾离子测定的实验步骤

3.3 结果与讨论

3.3.1 实验原理

3.3.2 氧化石墨烯加入前后荧光各向异性变化

3.3.3 圆二色光谱

3.3.4 氧化石墨烯用量对体系的影响

3.3.5 线性曲线

3.3.6 选择性实验和特异性考察

3.4 本章小结

第4章 全文总结及展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢