基于功能核酸和鱼精蛋白金纳米簇的重金属离子生物传感研究

摘要

重金属离子广泛分布于环境中。由于它们对人类的高毒性而受到人们的广泛关注。汞离子可导致大脑、肾脏、中枢神经系统、免疫系统和内分泌系统损害；铅离子是一种潜在的神经毒素，可以引起记忆丧失、贫血、肌肉瘫痪、神经发育迟滞；铀酰离子是铀在有氧环境中最稳定的离子形式，具有放射性和化学毒性。因此，探索简单、高效的重金属离子的检测方法一直受到人们的关注和重视。　　本文第1章概述了重金属离子的检测意义及研究现状，阐述了金纳米簇材料和无线磁弹性传感技术的概念及应用，同时简介了本论文拟研究的主要内容。　　本文第2章将生物素-链酶亲和素-金纳米的双重信号放大策略与无线磁弹性传感技术相结合，应用氧化石墨烯(GO)对单链DNA的吸附性能，提出了新颖、灵敏的测定汞的新策略。实验中Hg2+的引入导致适配体探针构象改变，利用被释放的CDNA-biotin能够被吸附到固定在无线磁弹性传感器表面的氧化石墨烯表面这一性质，实现传感器共振频率的改变。链酶亲和素和生物素之间高度的亲和力被用来放大体系的检测信号；同时，金纳米技术的引进实现了检测体系信号的第二次放大。基于生物素-链酶亲和素-金纳米体系的设计策略提高了检测体系的灵敏度，使检出限达到0.885 nM。此外，我们通过透射电子显微镜(TEM)、紫外光谱和共振光谱研究了信号放大机制和适体探针的结构转换机制。无线磁弹性传感器耗时少、成本低，能实时原位检测。提出的策略有望拓展到其他领域有关物质的分析检测。　　本文第3章，我们首次发明了一种新型的鱼精蛋白金纳米簇(PS-AuNCs)材料（试剂），简介了其制备方法，并应用 X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜和紫外光谱等手段对其性质进行了表征。该纳米簇既具有辣根过氧化物酶和氧化酶活性，可用于比色检测重金属离子；又可作为荧光试剂，取代现行的有机荧光染料，用于检测重金属等污染物，展现了良好的潜能，可望拓展应用到环境和生物医学领域相关物质和疾病标志物的检测分析，具有广阔的应用前景。受到这一发现的启发，我们假定Hg2+可能改变PS-AuNCs模拟酶的活性，从而导致体系的光学性质的改变。据此，建立了催化比色测定Hg2+的新方法。同时，应用XPS和紫外光谱研究了Hg2+与PS-AuNCs相互作用的机理。该方法能通过裸眼实现可视化检测，检出限达到1.16×10–9mol·L?1，可用于现场、实时汞离子的监测。　　本文第4章，利用Pb2+和UO22+能在不同的实验条件下分别猝灭鱼精蛋白金纳米簇的内在荧光这一特性，首次分别建立了基于PS-Au NCs的简单、可靠、灵敏的荧光检测Pb2+和UO22+的新方法，并应用XPS、红外光谱和荧光光谱研究了反应机制。该方法灵敏、简便，不需要昂贵的仪器，检出限可分别达到2.4×10–8mol·L?1(Pb2+)和6.1×10–9mol·L?1(UO22+)。这种策略有望发展成为一种低成本、灵敏、简便的检测重金属离子的普适平台，为临床诊断、环境分析和生物医学研究提供新思路和新方法。

目录

声明

主要缩写符号与对照

第1章 前言

1.1 研究意义

1.2 重金属离子检测的研究现状

1.3 金属纳米簇材料及其应用

1.4 无线磁弹性生物传感技术

1.5 本研究的主要内容

第2章 链酶亲和素和金纳米双重信号放大无线传感测定汞离子

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 样品处理及分析

2.5 结论

第3章 鱼精蛋白金纳米簇的制备及在模拟酶比色中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4样品处理及分析

3.5 结论

第4章 鱼精蛋白金纳米簇在荧光检测中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 样品测定与加标回收率

4.5 结论

参考文献

综述: 金纳米簇的合成及在重金属离子检测中的应用

作者攻读学位期间的科研成果

致谢