基于石墨烯的光致电化学生物传感器及荧光成像的研究

摘要

在肿瘤的研究和临床实践中,早期发现、早期诊断、早期治疗是关键,可使治愈率提高到83%。目前,早期诊断癌症最有效的方法是通过验血寻找肿瘤标志物。本论文应用光致电化学分析方法和激光扫描共聚焦荧光成像的分析方法对凝血酶和肿瘤细胞进行检测。
　　1、石墨烯可以作为光电子支架捕获和传递激发态量子点的电子,因此作为一种很有前景的材料可以用在光电转换中。基于石墨烯对电流的放大效应和V2+(紫罗兰双阳离子)的电子转移效应设计了一种新型的光致电化学生物传感器用于检测凝血酶。光致电化学生物传感器是通过定量检测加入凝血酶前后光电流的变化值(△I)来实现的。光电流强度随着凝血酶浓度的增加逐渐增强,在1×10-12～4×10-11M范围内,光电流强度与凝血酶的浓度呈线性关系,线性回归方程为△I(nA)=2.26339+12.64937Cthrombin(10-12M),检测限是4.0×10-13M。
　　2、本章实验设计了一种新型的信号放大的光致电化学传感器。利用羧基功能化的石墨烯构建了CdSe量子点敏化的石墨烯光致电化学传感器界面。通过利用V2+(紫罗兰双阳离子)的电子转移和纳米金的能量转移作用,组装了双重淬灭的光电化学薄膜大大降低了初始光电流信号,加入凝血酶后,由于生物识别作用,V2+和纳米金从电极上脱落,光电流信号增大。在检测过程中,利用功能化的石墨烯的信号放大效应和V2+与纳米金的双重淬灭效应,我们检测了凝血酶的灵敏度,在2.0×10-14～2.0×10-13M范围内,光电流强度与凝血酶的浓度呈线性关系,检测限是5.9×10-15M。该实验为构建更有效的光电化学生物传感器提供了有效的方法。
　　3、小于100 nm的石墨烯通常被称为石墨烯量子点。石墨烯量子点具有量子局限性、边缘效应,同时具有低毒性的特点,可广泛应用于制备纳米尺度的光电器件。在本章中,石墨烯量子点和叶酸通过共价键连接到Fe3O4磁性纳米颗粒表面,得到同时具有靶向性和荧光性的多功能磁性材料,并将该材料应用于靶向Hela细胞的共聚焦荧光成像的研究中。实验结果证明了,磁性纳米复合物能够通过细胞内吞和叶酸识别进入细胞,并且成像。这种方法也可以进一步用于药物传送、细胞磁分离和细胞毒性分析等领域。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 光致电化学分析简介、光电材料及其应用和发展前景

1.1.1 光致电化学分析简介

1.1.2 光致电化学材料及其应用

1.1.3 光致电化学分析的发展前景

1.2 石墨烯的结构、合成方法、功能化研究和应用及发展前景

1.2.1 石墨烯的结构

1.2.2 石墨烯的合成方法

1.2.3 石墨烯的功能化研究

1.2.4 石墨烯的应用及发展前景

1.3 激光扫描共聚焦显微镜(LCSM)技术的原理、组成、光学性质及应用

1.3.1 LCSM的原理

1.3.2 LCSM的基本组成

1.3.3 LCSM的光学性质

1.3.4 LCSM在生物学及医学免疫学中的应用

1.4 本课题研究的内容及意义

参考文献

第二章 利用石墨烯光致电化学检测凝血酶的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验试剂

2.2.3 溶液的配制

2.2.4 实验方法

2.3 实验结果与讨论34

2.3.1 实验原理

2.3.2 功能化石墨烯和CdSe量子点在ITO电极上的SEM表征

2.3.3 石墨烯的电流放大效应

2.3.4 石墨烯的荧光淬灭效应

2.3.5 功能化石墨烯的选择

2.3.6 V2+光诱导电子转移研究与凝血酶的检测

2.4 本章结论

参考文献

第三章 利用石墨烯和纳米金同时放大光致电化学检测凝血酶的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 溶液的配制

3.2.4 不同粒径金纳米粒子(AuNPs)的合成

3.2.5 光致电化学纳必探针(PEC nanoprobes)的合成

3.2.6 生物传感器的组装及凝血酶的检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 实验原理示意图

3.3.2 不同粒径的AuNPs的TEM表征

3.3.3 PEC nanoprobes中不同粒径的AuNPs的优化

3.3.4 AuNPs的UV-vis吸收光谱图和CdSe纳米颗粒的荧光光谱图

3.3.5 PEC nanoprobes的优化

3.3.6 传感器用于检测凝血酶的研究

3.3.7 不同浓度的凝血酶的检测及其灵敏度

3.3.8 传感器的选择性试验

3.4 本章结论

参考文献

第四章 基于石墨烯量子点的多功能化磁性材料在Hela细胞内共聚焦荧光成像中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验仪器

4.2.2 实验试剂

4.2.3 石墨烯量子点的合成

4.2.4 石墨烯量子点的酸化

4.2.5 石墨烯量子点标记的磁性纳米颗粒探针的合成

4.2.6 肿瘤细胞的培养

4.3 结果与讨论

4.3.1 原理示意图

4.3.2 石墨烯量子点的TEM表征

4.3.3 石墨烯量子点的紫外吸收可见光谱图和荧光分光光谱图

4.3.4 Hela细胞内实验

4.3.5 Hela细胞Z轴荧光成像扫描

4.4 本章结论

参考文献

结论

致谢

附录:攻读硕士学位期间发表的论文目录