三元ZnCdS和CdTeS量子点基荧光探针的构建及对生物小分子的检测研究

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生物活性分子作为机体的重要组成部分,参与体内的多种生物代谢及生命活动过程,其浓度水平与人类健康息息相关。实现生物活性分子浓度水平的有效监测已成为目前的研究热点之一。基于量子点(QDs)优异的光学性能,量子点基荧光探针在生物活性分子检测领域展现出巨大的应用潜力,本论文以水溶性三元量子点为研究对象,在合成方法、性能调控、探针构建以及对生物活性分子检测等方面开展了一系列研究。其主要研究内容如下:(1)采用水相回流法合成了三元ZnCdS QDs(ZnCdS仅代表该三元量子点是由Zn、Cd和S三种元素组成),通过改变Zn/Cd摩尔比实现了对其光学性能的可控调节。由于Cu2+可以与量子点表面金属离子发生离子交换反应,在Cu2+的介导下,ZnCdS QDs的荧光发射会被有效猝灭。鉴于生物活性分子谷胱甘肽(GSH)可以与Cu2+形成2:1的螯合物,因此在ZnCdS QDs与Cu2+的混合体系(ZnCdS QDs/Cu2+)中加入GSH后,会使ZnCdS QDs的荧光发射得以恢复。基于ZnCdS QDs荧光强度的变化情况,构建了一种Cu2+介导的ZnCdS QDs基“关-开”型荧光探针,实现了对GSH的定量检测。以ZnCdS QDs/Cu2+混合体系最大发射波长处荧光强度的变化值(F2/F1)作为检测信号,当GSH的浓度介于5~1500μM之间时,检测信号F2/F1与GSH浓度之间符合线性关系,线性相关系数(R~2)为0.991,检测限可达3.64μM。且实验结果表明,所构建的ZnCdS QDs基荧光探针对GSH具有较高的灵敏度和选择性。(2)采用水相法两步合成了三元CdTeS QDs(CdTeS仅代表该三元量子点是由Cd、Te和S三种元素组成),通过增加Te/S的摩尔比可以将其荧光发射调节至近红外区域。并且通过调控CdTeS QDs的荧光性能可以使其荧光发射光谱与贵金属Ag纳米颗粒(Ag NPs)的吸收光谱重叠,满足内滤效应(IFE)发生的条件。当L-半胱氨酸(L-cys)存在时,L-cys会与复合体系中的Ag NPs结合破坏内滤效应的发生,从而导致CdTeS QDs的荧光强度值发生改变。因此,将CdTeS QDs/Ag NPs复合体系作为荧光探针,以L-cys作用前后该体系发射中心处荧光强度的变化值(F/F0)作为检测信号,与L-cys浓度之间进行线性拟合,得到L-cys的响应范围为20~400μM,线性相关系数为0.994,检测限可达0.025μM,而且所构建的Ag NPs与CdTeS QDs基“关-开”型荧光探针能够对L-cys表现出较高的选择性。(3)将CdTeS QDs作为核心材料,在其表面包裹二氧化硅(Si O2)得到核壳型CdTeS QDs@Si O2纳米粒子。结果表明,Si O2的包覆不仅不会改变CdTeS QDs的光学性能和晶体结构,反而会增加纳米颗粒的比表面积为其提供更多的活性位点,有助于对叶酸(FA)的识别。为此,将CdTeS QDs@Si O2作为荧光探针,在FA的存在下探针本征荧光发射被猝灭,而在445 nm处出现FA自身的荧光发射中心。以探针(680 nm)与FA(445 nm)两个发射中心处荧光强度的比值(F445/F680)作为检测信号,实现了对FA的可视化及选择性检测,其检测范围为5~80μM,检测限为0.3μM。(4)分子印迹聚合物作为一种人工受体,在其表面存在与模板分子相匹配的特异性识别位点。基于此,本文合成了ZnCdS QDs基分子印迹聚合物(ZnCdS QDs@MIP),选用生物活性分子抗坏血酸(AA)作为模板分子,在合成的ZnCdS QDs@MIP表面存在AA的特异性识别腔。另外,为了降低探针浓度、仪器设备、测试温度等因素对检测结果的影响,将ZnCdS QDs@MIP与少量的CdTeS QDs@Si O2进行结合,构建了一种用于检测AA的比率型荧光探针。其中以ZnCdS QDs@MIP的发射峰作为响应信号,而CdTeS QDs@Si O2的荧光峰作为参比信号,以两个发射中心处的荧光强度比值(F530/F705)作为检测信号,实现了对AA的定量分析。使用该荧光探针对市售维生素C片中的AA含量进行了检测并获得了满意的结果,该荧光探针有望用于药品监管等医药领域。
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