几种基于硅量子点的荧光传感器的构建和应用

摘要

近年来，量子点因具有独特的光电特性，如大小可调节的荧光发射，高的荧光量子产率(QY)和抗光漂白性而引起了研究者的极大兴趣。其中，硅量子点(SiQDs)更是因为具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性而备受青睐。本文利用硅量子点的特性设计了几种操作简单，灵敏度高，选择性好，成本低的生物传感器实现对重金属离子，有毒气体和生物分子的灵敏检测，主要内容如下:
　　1.利用Cr(Ⅵ)和SiQDs之间的内滤效应，设计了一个SiQDs荧光传感器可有效和选择性检测Cr(Ⅵ)，并通过Cr(Ⅵ)和H2S之间的氧化还原反应，提出“on-off-on”型荧光方法检测H2S，实现了对Cr(Ⅵ)和H2S的双检测。通过内滤效应，SiQDs的荧光可以被Cr(Ⅵ)有效猝灭。加入H2S后，Cr(Ⅵ)被还原成Cr(Ⅲ)，内滤效应受到抑制，从而SiQDs的荧光恢复。在最佳检测条件下，Cr(Ⅵ)和H2S的检测范围和检测限分别为0.1-200μM和0.1-200μM，28nM和22 nM。该方法被成功应用于实际水样中目标物的检测。
　　2.利用双催化反应和内滤效应开发一种新的SiQDs传感器实现对尿酸的比率荧光和比色双信号检测。检测尿酸的机制如下:尿酸经尿酸氧化酶催化产生过氧化氢(H2O2)，H2O2继续在无机盐阴离子I-的催化下氧化邻苯二胺(OPD)产生一种黄色物质（2，3-吩嗪二胺，oxOPD），通过测定oxOPD的吸收值强度可比色检测尿酸。同时，oxOPD的吸收峰在415nm处，通过内滤效应能有效猝灭SiQDs在450 nm处的荧光，而oxOPD本身有荧光，最大值在565 nm处，通过测定565 nm和450 nm处的荧光强度比值(I565/I450)的变化可实现比率检测尿酸。在最佳检测条件下，比色和荧光比率检测尿酸的线性范围都是为0.01-0.8 mM，检测限分别为8.4μM和0.75μM。该方法还可用于血清样本中的尿酸检测。
　　3.利用两个催化反应以及邻苯二胺(OPD)的氧化产物和SiQDs之间的内滤效应，首次构建了一个SiQDs比率传感器用于检测碱性磷酸酶。检测碱性磷酸酶的机制主要包括:焦磷酸根离子与碱性磷酸酶之间的酶解反应，Cu2+的催化氧化反应以及黄色氧化产物oxOPD和SiQDs的内滤效应。Cu2+与焦磷酸根发生络合作用，阻止Cu2+催化氧化OPD，当加入碱性磷酸酶时，焦磷酸根在碱性磷酸酶的作用下水解，将Cu2+释放出来，可催化氧化底物OPD产生黄色产物，2，3-吩嗪二胺(oxOPD)。oxOPD通过内滤效应能有效猝灭SiQDs在452 nm处的荧光，同时，oxOPD在380 nm激发光的激发下在565 nm处产生一个新的荧光发射峰。通过测定565 nm和452 nm处的荧光强度变化比值(I565/I452)可实现比率检测碱性磷酸酶。该方法还可用于血清样本中的碱性磷酸酶检测。

目录

摘要

1．1 纳米材料

1．1．1 纳米材料概述

1．1．2 纳米材料的应用

1．1．3 纳米材料的分类

1．2 量子点概述

1．2．1 量子点优点与分类

1．3 硅量子点概述

1．4 硅量子点的合成方法

1．4．1 “top-down”法

1．4．2 “down-top”法

1．4．3 前驱体分解-自组装

1．5 硅量子点的应用

1．5．1 体外成像

1．5．2 体内成像

1．5．3 荧光传感器

1．6 本文构思

第二章 基于内滤效应的硅量子点荧光传感器用于无标记检测铬(VI)和硫化氢

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 SiQDs的制备

2．2．3 Cr(VI)和H2S的荧光检测

2．2．4 选择性考察

2．2．5 实际样品中Cr(VI)和H2S的检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 Cr(VI)和H2S的检测机制

2．3．2 材料表征

2．3．3 条件优化

2．3．4 荧光检测

2．3．5 选择性考察

2．3．6 实际样品中Cr(VI)和H2S的检测

2．4 小结

第三章 基于硅量子点和双催化反应的传感器用于比率和比色双信号检测尿酸

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 SiQDs的制备

3．2．3 检测尿酸

3．2．4 实际样品中尿酸的检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 材料表征

3．3．2 SiQDs与oxOPD的相互作用

3．3．3 尿酸的检测机制

3．3．4 实验条件优化

3．3．5 尿酸的检测

3．3．6 传感器的抗干扰性和选择性

3．3．7 实际样品中尿酸的检测

3．4 结论

第四章 基于硅量子点的比率荧光传感器用于检测碱性磷酸酶

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 SiQDs的制备

4．2．3 比率检测碱性磷酸酶

4．2．4 实际样品中碱性磷酸酶的检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料表征

4．3．2 SiQDs与oxOPD的相互作用

4．3．3 碱性磷酸酶的检测机制

4．3．4 实验条件优化

4．3．5 碱性磷酸酶的检测

4．3．6 传感器的选择性

4．3．7 实际样品中碱性磷酸酶的检测

4．4 结论

结论

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢

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