基于刺激响应型聚合物的碱性磷酸酶光学传感研究

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碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)是生物体重要的水解酶,对机体各组织的正常生长起着重要作用。同时,ALP也是许多疾病诊断的重要生物标志物。因此,开发简便、灵敏的ALP检测方法,对于理解ALP的生理和病理作用有着十分重要的意义。目前为止,已经建立了很多不同的ALP检测方法。其中比色法和荧光法因具有快速、简便、灵敏的优点而广受到广泛关注。但它们大多涉及复杂的仪器和繁琐的操作过程。此外,这些荧光探针不仅需要耗时费力的设计和合成过程,甚至有的带有毒性。海藻酸(Alginate,Alg)水凝胶是通过交联作用形成具有三维网络结构的亲水体系。由于原料Alg来源广泛,具有无毒无害、优异的生物相容性和可降解性、以及可调的结构和理化性质。因此,在药物释放、生物传感、组织工程等领域有巨大的应用前景。配位聚合物(Coordination polymers,CPs)是由属离子和有机配体通过配位键形成无限网络结构的无机-有机杂化材料。CPs具有结构稳定、组成多样性、功能灵活性等优点,因此,在传感和药物释放等领域展现出巨大的应用潜力。本论文中我们制备了响应型Alg水凝胶和响应型CPs,并建立了一系列检测ALP的分析方法。主要工作如下:(1)分别利用Cu2+为交联剂和带正电荷的碳量子点(Carbon dots,CDs)为荧光指示剂,合成了CDs@Cu/Alg复合水凝胶。由于焦磷酸盐(PPi)与Cu2+有很强的配位能力,所以PPi的存在可以竞争性的与Cu/Alg上的Cu2+结合,从而破坏水凝胶的结构,使得CDs释放到溶液中。在此基础上,利用ALP可以水解PPi生成Pi的特性,进一步构建了检测ALP的荧光传感器。作为传感器,CDs@Cu/Alg具有高的检测灵敏度和优秀的选择性,检测限为0.55 mU/mL。(2)利用Fe3+为交联剂,制备了基于罗丹明B(Rhodamine B,RhB)为比色指示剂的RhB@Fe3+/Alg复合水凝胶。相对于Fe3+而言,Fe2+与Alg的结合能力很弱,几乎不能支持水凝胶的三维结构。所以,抗坏血酸(Ascorbic acid,AA)的存在,能够破坏RhB@Fe3+/Alg的三维结构,从而使得RhB释放到水溶液中。在此基础上,利用磷酸-2-抗坏血酸为ALP底物,构建了比色检测ALP的新方法,检测限为0.26 mU/mL。(3)我们研究利配位聚合物的刺激响应性能。首先,将硫黄素T(Thioflavin T,ThT)包埋到由Eu3+和鸟苷酸构成GMP/Eu配位聚合物中,制备得到具有强荧光的ThT@GMP/Eu复合物。由于ALP可以水解GMP生成鸟苷和磷酸基团,所以ALP的存在可以破坏GMP/Eu配位聚合物的结构,而使得ThT释放,结果表现为ThT的荧光大大降低。据此,我们建立了检测ALP的荧光分析新方法。在此基础上,利用ALP为酶标记,进一步构建了检测mIgG的荧光免疫传感器,检测限为100 ng/mL。
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