具有室温磷光掺杂型ZnS量子点的制备及应用研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sangyilin
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量子点(Quantum Dots,QDs)是尺寸在1~100 nm之间的纳米颗粒,量子点以其优越的光学特性和表面可修饰性在生化分析及医学研究等领域引起广泛地关注。目前应用量子点荧光技术已经取得突破性进展,量子点荧光性能已成功运用于化学分析、生物医药及电子显像技术。量子点拥有优良的室温磷光(Room-temperature phosphorescence,RTP)性能。量子点RTP寿命长,发射峰和吸收峰区分度大。在RTP的实际应用当中,可以减小自发荧光和散射光的干扰,检测灵敏度高;量子点磷光不需要低温、除氧和诱导发光处理,操作简便。因此,如何有效利用量子点的室温磷光性质,建立高效灵敏的分析/传感方法,具有一定的理论和现实意义。然而,量子点这种优良RTP性能却尚未得到有效地开发。本文应用巯基小分子和生物酶作稳定剂和修饰剂,合成了对铕离子(Eu3+)和锰离子(Mn2+)掺杂ZnS量子点。采用直接猝灭法和光诱导电子转移(Photo-induced Electron Transfer,PIET)分子开关,构建了几种基于量子点RTP性质的检测体系,实现了对药物盐酸普萘洛尔和华法林钠、DNA及尿素灵敏检测。应用现有的理论知识和检测技术,对目标分析物与量子点发光性能产生影响的机理进行了初步的探讨。基于量子点优良的RTP性能和本论文实验现象,我们认为掺杂量子点RTP性质在分析检测领域具有广阔的应用前景。  本研究主要内容包括:⑴在水相中合成了L-半胱氨酸(L-cysteine,L-cys)包覆的Eu3+掺杂ZnS量子点。应用盐酸普萘洛尔(Propranolol hydrochloride,PRO)对其的RTP猝灭作用,建立了RTP猝灭法检测体液中PRO的方法。PRO可以灵敏地猝灭量子点的RTP强度。该方法能够有效地避免背景荧光和散射光的干扰。该方法可以避免其它金属离子和生物分子的干扰。实验测定PRO的线性范围(Linear range)为5~600 ng·mL-1,检出限(limit of detection,LOD)为0.1 ng·mL-1,不含PRO和含10ng·mL-1PRO体系的RTP强度差值的相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD)为1.1%。与其他的分析技术相比,此RTP猝灭法方法从检测限、线性范围和相对标准偏差等方面都展现出更优良的分析性能,表明该方法可以应用于实际样品中PRO的测定。应用量子点的RTP性质在生化分析领域具有良好的应用前景。⑵基于华法林钠(Warfarin sodium)与对Mn掺杂ZnS量子点的猝灭作用。发展了一种室温磷光猝灭法并应用于生物体液中华法林钠的选择性检测。在最佳检测条件下,该方法对华法林钠检测的线性范围为2.9-15.1μM,LOD为0.16μM,RSD为2.4%。该RTP探针对华法林钠有很好的选择性,并成功应用于生物体液中华法林钠的检测,加标回收率在95~102%之间。⑶基于溴化乙锭(Ethidium bromide,EB)与DNA具有高度亲合的能力。同时EB可以猝灭巯基丙酸(Mercaptopropionic acid,MPA)包覆量子点的磷光。基于上述现象,我们发展了一种RTP增强型探针并应用于生物体液中DNA的高选择性检测。EB能够通过静电吸附于MPA包覆量子点的表面,自组装形成纳米复合物,通过光诱导电子转移(Photo-induced electron transfer,PIET)导致量子点RTP猝灭。加入DNA后,EB与DNA的高亲和性将EB从量子点表面解离,阻断了EB与量子点之间发生的PIET,从而实现量子点RTP的恢复。据此,我们建立起一种基于EB介导的量子点RTP增强法检测生物体液中DNA的传感体系。在最佳检测条件下,该方法对DNA检测的线性范围为1.6~2800ng·mL-1,LOD为0.9ng·mL-1。该RTP探针对DNA有很好的选择性,并成功应用于生物体液中DNA的检测,加标回收率在96~105%之间。⑷合成了MPA包覆的ZnS量子点。实验发现MPA包覆量子点的RTP强度随pH的升高而增强。脲酶(Urease)在分解尿素(Urea)的过程中产生了OH-,OH-导致体系pH的升高,从而实现量子点RTP的增强。据此,我们建立基于脲酶-量子点的检测体系实现了对尿素的灵敏传感。在该方法中,将脲酶与量子点共浴,饱和稳定后,加入尿素,尿素在脲酶的分解下产生OH-,从而引起体系pH升高,量子点室温磷光增强。该方法在0~60 mM的范围内呈良好的而现行关系,检测限为0.0014 mM,相对标准偏差为4.7%,试剂样品测定中的方法回收率为95%~103%。
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