光学生物传感方法因其出色的特异性以及优良的生物相容性等诸多优点,广泛应用于环境污染分析和生物分析等领域。在本文中,我们专注于开发具有优良光学响应的智能生物材料以及基于生物材料的光学化学反应来构建新颖的光学生物传感方法用于典型环境污染物的分析。这些生物传感方法拥有出色的光学响应性能,可以把对目标物的识别过程转化为简单易读的光学信号,进而实现对目标物的检测。本文的详细内容如下:1.基于荧光铁载体特异性检测铜离子。在铜离子的存在下,荧光铁载体的荧光会因为电荷转移以及铜离子的重金属效应而发生猝灭。在0.2-10μM的铜离子的浓度范围内,荧光铁载体的荧光猝灭率和铜离子的浓度有着良好的线性关系(R=0.997),检出限为50 nM。该光学生物传感方法成功地用于饮用水、海水和生物加标样品中铜离子的检测,并与传统的电感耦合等离子体质谱方法获得的数据相吻合。因此,构建的光学生物传感方法可以简单、特异性地检测实际样品中的铜离子。2.基于荧光铁载体检测呋喃唑酮。呋喃唑酮上的硝基官能团是一个强吸电子基团,可诱导电子转移而作为一种荧光猝灭剂。呋喃唑酮分子可能比较容易进入到荧光铁载体分子结构的空腔中,进而高效猝灭荧光铁载体的荧光。在EDTA的掩蔽下,该体系可以有效避免铜离子的干扰。基于此,构建了检测呋喃唑酮的光学生物传感方法,该生物传感方法可以在1分钟内完成对呋喃唑酮的检测。在2-160μM的呋喃唑酮的浓度范围内,荧光铁载体的荧光猝灭率和呋喃唑酮的浓度有着良好的线性关系(R=0.997),检出限为0.5μM。该工作开发了第一个检测呋喃唑酮的荧光生物传感方法。该荧光生物传感方法可以快速灵敏的检测加标环境水体样品中的呋喃唑酮。3.基于催化氧化半胱氨酸特异性检测二价铜离子。在特定条件下,半胱氨酸可以与2,4-二硝基氯苯发生亲核反应并生成黄色产物。在氧气的存在下,二价铜离子可以特异性地催化氧化半胱氨酸生成胱氨酸,进而阻止了上述反应的发生。因此,黄色产物吸光度的降低可以反映溶液中二价铜离子的浓度。基于此,构建了一个检测二价铜离子的光学生物传感方法。在0.8-10nm二价铜离子的浓度范围内,黄色产物吸光度的降低和二价铜离子的浓度有着良好的线性关系(r=0.996)。检出限为0.5nm。该生物传感方法成功地用于饮用水、海水和生物样品中铜离子的检测,并与传统的电感耦合等离子体质谱获得的数据相吻合。因此,构建的光学生物传感方法可以高灵敏、特异性地检测二价铜离子。4.基于羧酸酯酶e2的表面展示体系特异性吸附和检测汞离子。铜绿假单胞菌pa1作为汞离子耐受菌具有良好的汞离子吸附能力。研究发现该菌株分泌的羧酸酯酶e2也可以有效的吸附汞离子,而且在吸附汞离子后酯酶e2的酶活性会被抑制。因此我们将羧酸酯酶e2表达在大肠杆菌的表面来吸附和检测汞离子。实验结果表明,该表面展示体系可以有效地吸附环境中的汞离子,并可以通过调节ph使体系再生,得以重复利用。此外,该体系也可以有效地对环境加标样品中的汞离子进行检测。因此,该表面展示体系对环境中汞污染的修复与检测有着巨大的应用前景。5.基于近红外比率荧光探针cy-nb来特异性地检测线粒体内半胱氨酸的浓度水平,并用于评估环境生物毒素胁迫下细胞及活体水平上的氧化应激状态,进而反映环境生物毒素。半胱氨酸作为细胞应对氧化应激的重要防御工具之一,它的浓度水平和细胞内的氧化应激状态息息相关。在半胱氨酸的存在下,探针cy-nb的共轭电子体系会发生重排,导致了吸收光谱和荧光光谱的明显变化,进而实现了对半胱氨酸的检测。作为一个近红外比率型荧光探针,cy-nb对线粒体内半胱氨酸的检测不受生物体自发荧光的干扰,因此有着较高的灵敏度。同时探针cy-nb可以在五分钟内实现对半胱氨酸的检测。因此,探针cy-nb可以敏感地检测到氧化胁迫状态下线粒体内半胱氨酸浓度水平的波动。此外探针cy-nb还成功检测到了环境生物毒素刺激下,小鼠腹腔内半胱氨酸浓度水平的变化。因此,探针cy-nb对于检测环境生物毒素导致的氧化胁迫,从而反映环境生物毒素的存在以及进一步探究半胱氨酸生理功能等方面具有广泛的应用前景。6.基于近红外荧光探针cy-des检测己烯雌酚。该探针可以有效地避免海水中可溶性有机物自发荧光的干扰。由于探针cy-des和己烯雌酚分子间的静电作用而发生分子间的集聚,进而探针cy-des的吸收光谱和荧光光谱性质发生了明显的改变。在1-8μM己烯雌酚的浓度范围内,探针Cy-DES光谱性质的改变和己烯雌酚的浓度之间有着良好的线性关系(R=0.999),检出限为0.2μM。该检测方法成功地用于检测海水和生物样品中的己烯雌酚,并和传统的高效液相色谱法获得的数据相吻合。此外,肉眼可以直接通过观察到己烯雌酚存在下探针Cy-DES颜色的变化,因此该分析方法在己烯雌酚的现场检测方面有着巨大的应用前景。