发光性能稳定的硅纳米点的制备及其在多巴胺、异丙肾上腺素和酪氨酸酶分析中的应用

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硅纳米点(Siliconnanoparticles,Si NPs)作为荧光纳米材料,除了优异的光电性能,还拥有良好的生物相容性和无毒害等优点,被广泛应用于生物传感、光电化学及生物成像等领域。发光性能优良的Si NPs可作为荧光探针,与特殊材料、分子或离子通过内滤效应(Inner filter effect,IFE)、荧光共振能量转移(F?rster esonance energy transfer,FRET)或光诱导电子转移(Photoinduced electron transfer,PET)等作用机制建立荧光方法用于特定目标的分析。儿茶酚胺类药物如多巴胺(Dopamine,DA)、异丙肾上腺素(Isoproterenol,ISO)均在人体内发挥着重要的生理作用,需要发展新型的方法实现便捷快速的监测DA和ISO。本论文以Si NPs为荧光探针,利用DA可以在碱性(p H>7.5)条件下被氧化并自聚合形成聚多巴胺(Polydopamine,p DA)并吸附在材料表面的特点,以及ISO可在某些特定酶作用下被氧化成邻醌的性质,设计了简便快捷、高灵敏性检测多巴胺、异丙肾上腺素和酪氨酸酶的荧光传感器。本论文的主要研究内容分为以下三部分:第一章:发光性能稳定硅纳米点的制备及其性质考察本章节采用水热法制备硅纳米点(Si NPs),通过改变硅源或还原剂合成三种不同发光性质的Si NPs。结果显示,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-Aminopropyll trimethoxysilane,APTMS)为硅源、抗坏血酸钠为还原剂制备的Si NPs量子产率低且长期稳定性差;以N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine,DAMO)为硅源、反式乌头酸为还原剂制备的Si NPs量子产率优良、稳定性高;以DAMO为硅源、嘧啶为还原剂制备的Si NPs虽量子产率优良,但稳定性较差。随后考察以DAMO为硅源、反式乌头酸为还原剂制备的SiNPs对其它环境因素的响应并对它的性质进行表征,发现其具有良好的光学性能和优越的稳定性,在生物传感和生物成像的应用方面有巨大潜力,为儿茶酚胺类药物的测定提供了思路。第二章:基于SiNPs的荧光传感器测定多巴胺及其机制的研究本章以发光性质稳定的SiNPs为探针,利用多巴胺在碱性条件下自聚合形成的聚多巴胺并与Si NPs发生IFE作用,聚多巴胺吸收了Si NPs发射的荧光而导致其荧光猝灭,且Si NPs的荧光猝灭效率与多巴胺浓度在一定范围内呈线性相关。基于此原理实现了多巴胺的定量检测。通过优化时间、温度、p H等反应条件,多巴胺检测的线性范围为0.5-40μM,检测限为0.06μM,且具有灵敏度高、特异性好等优点。该法成功应用于人血清样品和多巴胺注射液中多巴胺的准确测定,说明本方法在临床和生物医学领域具有良好的应用前景。第三章:构建基于酶催化的用于异丙肾上腺素和酪氨酸酶检测的荧光传感器本章利用第一章合成的高性能SiNPs为荧光探针,利用酪氨酸酶(Tyrosinase,TYR)的二苯酚酶活性将儿茶酚胺类异丙肾上腺素氧化成邻醌,基于邻醌与Si NPs之间的相互作用及由此产生的猝灭行为来定量检测异丙肾上腺素。该策略对异丙肾上腺素显示出良好的线性范围,线性范围为2.5-30μM,检测限为0.992μM,具有良好选择性。该方法已成功应用于实际样品中异丙肾上腺素的测定,回收率良好。随后,利用该荧光传感平台进一步评估TYR活性,荧光猝灭效率与TYR活性相关,其线性范围为0.05-2.0 U/m L,检测限为0.041 U/m L,该研究表明硅量子点探针在监测ISO和TYR及相关疾病等方面具有潜在应用。
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