纳米粒子的改性及其在荧光检测中的应用探讨

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生物分子在调节生命系统各个层次生命活动的平衡中起着非常重要的作用,近年来,对于生物分子的检测受到了人们越来越多的关注。然而,由于生理系统的复杂性和生物分子的多样性,对许多检测方法的应用提出了很大的挑战。在各种检测技术中,荧光检测法被认为是一种灵敏、简便、快速的方法,广泛应用于生物检测中。纳米粒子因其独特的性质而倍受关注。纳米粒子的突出特点是其尺寸处于纳米量级,并由此产生一系列显著的纳米效应,例如,表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、和宏观量子隧道效应等;这赋予其在光学、化学、电学和磁学等方面优于传统宏观材料的独特性能,因而纳米粒子在许多领域得以应用。介孔二氧化硅纳米粒子具有1-10nm的微孔结构,近年来,研究者们利用介孔二氧化硅纳米粒子为载体,在其微孔内引入探针基团或药物分子,将其设计成基于纳米粒子的荧光探针或载药体系进行生物检测或药物输送,并取得了一些有益的进展。纳米荧光碳点简称碳点(Carbon dots, CDs),它是一种直径小于10nm的纳米荧光粒子,具有良好的水溶性和生物相容性、光稳定性、表面可修饰以及发射波长可调性的等优点;此外,由于它尺寸较小,具有非常好的细胞膜透过性;这些优点使碳点可以在生物检测和细胞成像中得以应用。本文通过对介孔二氧化硅纳米粒子和碳点这两种纳米粒子的改性,制备了三种基于纳米粒子的荧光检测体系,分别实现了对生物分子多巴胺、高半胱氨酸和硫化氢的选择性的检测。我们通过“点击化学”反应将p-环糊精(β-CD)键接到介孔硅纳米粒子的表面,并在硅粒子孔内引入探针邻苯二甲醛半缩醛(OPTA),构建了基于介孔硅粒子的检测多巴胺的荧光检测体系。并对检测体系进行了核磁共振氢谱、电子透射电镜、动态光散射、热失重、孔径测定、红外光谱等分析测试表征。所制备的纳米粒子检测体系的粒径大小约为120nm,孔径约为2.5nm,硅粒子表面修饰的β-CD及其孔内引入的OPTA的含量分别为1.7x10-5mol/g和15×10-4mol/g。该检测体系对多巴胺具有较好的选择性,可防止多达19种氨基酸的干扰。此外,该体系可以应用于水相环境和复杂生理液中对多巴胺进行检测,检测下限达到50nM。通过将检测硫醇的荧光探针引入到硅粒子的介孔内,然后将亲水性聚合物聚(乙二醇)单甲醚(PEG5000)接枝到纳米硅粒子的表面,构建了一种基于介孔二氧化硅纳米粒子的检测高半胱氨酸的荧光检测体系。并结合核磁共振氢谱、动态光散射、电子透射电镜、热失重、比表面积法等手段对体系进行了表征。体系中PEG5000和硫醇探针的含量分别为7.6x10-5mol/g和1.94x10-5mol/g。所制备的检测体系在水溶液中实现了对高半胱氨酸的选择性检测,检测下限为0.1μM,并可以应用于血清中对高半胱氨酸进行检测。成功制备了以碳点为载体的检测H2S的荧光检测体系,构建了一种基于荧光共振能量转移(Foster resonance energy transfer, FRET)模式的比率型荧光检测体系。通过酰胺化反应将H2S的探针4-叠氮-1,8-萘酰亚胺衍生物接枝到碳点的表面。利用电子透射电镜、原子力显微镜、核磁共振氢谱、红外吸收光谱等测试方法对体系的粒径、形态等进行了表征。通过紫外—可见吸收光谱法测定了碳点表面接枝的探针的含量。该体系对H2S的检测具有很好的选择性和抗干扰性,检测下限达到10nM;并可在复杂生理液如血清中对H2S进行检测,以及在活细胞中对H2S进行示踪成像。
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