纳米发光材料GdPO4·H2O:Eu3+的表面包覆及与蛋白质的相互作用

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蛋白质不仅是构成细胞的基本有机物质,而且是组成生命体的重要组成成分,是生命物质的基石。探究蛋白质与小分子之间的相互作用本质上是从分子水平上探究生命活动。与其它生物检测方法相比,荧光技术具有响应速度快,灵敏度高和选择性强等明显优势,对于监测和治疗某些疾病具有重要的现实意义。由于稀土材料特有的4f层级轨道,使得稀土纳米发光材料具有发光性能独特,灵敏度高,穿透能力强等特性。稀土纳米发光材料制成的荧光探针,能有效克服有机染剂、荧光蛋白、量子点在生物医学领域上应用的诸多缺陷,因此在生物成像、医药检测等方面具有巨大的应用潜能。但稀土纳米颗粒大多是疏水性的,没有功能化基团与生物分子相连接,在生物和医药领域的应用受到极大的限制,因此研究开发出具有良好水溶性和生物相容性的纳米荧光材料是解决当前科学研究瓶颈问题的关键。基于此,本论文合成了Gd PO4·H2O:Eu3+荧光粉,探索了最佳合成条件,寻求了解决荧光粉水溶性差的方法,并探究了荧光粉与蛋白质的相互作用机理。本文主要从以下几个方面进行研究:(1)以Eu3+为激活剂,Gd PO4为基质,采用水热法制备了橙红色纳米荧光粉Gd PO4·H2O:Eu3+。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜和透射电镜(SEM和TEM)、红外光谱(FT-IR)、荧光光谱(FL)和振动样品磁强计(VSM)等对荧光粉的微观结构、形貌和发光性能进行了表征和分析,探究Eu3+的最佳掺杂量,重点研究了荧光粉纳米粒子之间的浓度猝灭和能量传递机理,结果显示,掺杂量在12%的时候各项性能最佳,Eu3+的能量传递机制是电多极之间的相互作用,临界距离为1.100nm,浓度猝灭机理主要是电偶极-电四级相互作用。(2)采用聚乙二醇(PEG)对棒状纳米荧光粉Gd PO4·H2O:Eu3+进行表面包覆改性,得到水溶性良好的棒状Gd PO4·H2O:Eu3+@PEG,并探究了其表面包覆机理以及对纳米荧光粉的发光性能和磁学性能的影响,结果表明:在PEG包覆量为0.3g时包覆效果最佳,此时包覆厚度约为10nm,产物各项性能优异。(3)利用分子作用理论,研究常温下Gd PO4·H2O:Eu3+@PEG对牛血清白蛋白(BSA)和人血清白蛋白(HSA)的标定过程,同时研究了不同温度下Gd PO4·H2O:Eu3+@PEG对BSA和HSA的相互作用以及对BSA和HSA构象的影响,结果表明:Gd PO4·H2O:Eu3+@PEG会对蛋白质产生荧光猝灭,低浓度为静态猝灭,高浓度为动态猝灭,蛋白质以折叠状存在。
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