基于氧化锌量子点双比色荧光传感器检测炭疽生物标记物的研究

摘要

氧化锌量子点是一种新型的荧光纳米传感器，其颗粒粒径小、发光强度高、光稳定性好、生物毒性低，制备简便及生产成本低等优异特性，同时具有水溶性在生物荧光成像，生物荧光探针及载药等许多领域具有广阔的应用前景。炭疽芽孢杆菌作为潜在的生化武器严重威胁人类的生命健康，目前探测其存在的方法多种多样，而镧基荧光光谱法被广泛推广，该方法基于芽孢杆菌的生物标志物CaDPA可有效敏化稀土离子的荧光发射，同时稀土离子具有窄的发射谱、发光寿命长的原理。铕（Eu）和铽（Tb）是荧光传感器中常用的镧系元素离子，它们具有强的荧光，长的荧光寿命及尖锐的线状发射带。Eu3+的最强发射位于616 nm，该本征发射将不会受到530 nm处的ZnO QDs荧光发射的干扰，而544 nm处的Tb3+的本征发射峰与ZnO QDs的发射带有重叠，同时Eu3+的红色荧光也易于肉眼观察。再次铕基荧光传感器可有效降低芳香族化合物与 Tb3+的结合而造成的假阳性结果。迄今为止，以氧化锌量子点作为内在参比荧光检测炭疽芽孢杆菌研究尚未报道。综上我们将选用铕离子与氧化锌量子点结合，铕离子作为传感单元，氧化锌量子点作为参比单元，以制备性能优异的双比色荧光传感器，实现对炭疽芽孢杆菌的快速，灵敏高选择性的检测。本文所取得的研究成果如下：
　　1)成功制备了六方纤锌矿结构的氧化锌量子点，其平均颗粒粒径~5 nm，具有良好的水溶性，强的黄光发射，高量子产率（31.98％）及良好的发光稳定性。同时氧化锌量子点本身具有较低的生物毒性，制备简便，生产成本低等优质的特性。该氧化锌量子点表面带有-NH2基团易于表面改性以设计开发性能优异的纳米荧光探针，在生物医学成像、疾病诊断和治疗等方面起着至关重要的作用。
　　2)成功制备一种铕修饰的氧化锌量子点纳米结构（ZnO/Eu），用于快速、灵敏的双比色检测炭疽芽孢杆菌的存在。具有高强黄色荧光发射的氧化锌量子点作为一种内在参比，铕离子（Eu3+）螯合在氧化锌量子点的表面作为信号报告单元。当铕离子与芽孢杆菌的生物标志物 CaDPA配位后其红色荧光强度将显著增强，而氧化锌量子点的黄色荧光却保持不变，因此增加的CaDPA浓度可以导致ZnO/Eu杂化纳米结构的两种荧光强度比的变化。同时由于制备的氧化锌量子点的吸收带延伸到深紫外区，覆盖 DPA在280 nm处的吸收峰，可实现氧化锌量子点与DPA在同一激发波长（280 nm）下的共同激发，所以该ZnO/Eu纳米结构有望实现对CaDPA的双比色荧光检测。
　　3)该传感器时间响应曲线展示传感反应可在~8 s内完成，从而能够快速检测炭疽芽孢杆菌孢子的存在。在同一激发波长下，该传感器中氧化锌量子点和Eu3+的发光强度比值（I616/ I530）与CaDPA在0~4μM浓度范围内呈良好的线性关系，使其能实现对微量浓度的CaDPA进行定量测定，同时通过IUPAC方法计算ZnO/Eu纳米结构对CaDPA的检测极限为3 nM，此检测极限远低于人体对炭疽芽孢杆菌感染剂量（60μM）。比率荧光测试也有效降低外界环境的干扰，以提升检测结果的准确性。增大 CaDPA的浓度该传感器在紫外灯照射下溶液颜色由黄色过渡到红色，因人眼对颜色变化敏感，该传感器也利于裸眼检测CaDPA的浓度。最后该比率荧光传感器对CaDPA显示出比其它芳族配体，氨基酸和常见细胞离子具有显着的选择性。因此快速地响应、良好的灵敏度及选择性使得 ZnO/ Eu纳米结构在检测炭疽细菌中提供了有效便捷的方式，在临床分析中具有巨大的应用潜力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 纳米荧光材料

1.2 荧光探针的研究现状

1.3 氧化锌量子点的性质

1.4 氧化锌量子点的制备

1.5 炭疽生物标记物检测研究进展

1.6 本课题的研究意义，内容及创新点

第二章 水溶性氧化锌量子点的制备及性质表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章总结

第三章 铕配位ZnO QDs纳米结构的制备及对炭疽生物标记物的双比色荧光检测

3.1 引言

3.2 实验部分

3.4 铕配位ZnO QDs纳米结构的表征及对CaDPA的检测研究

3.5 结论

第四章 全文结论与展望

4.1 全文结论

4.2 研究展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢