基于碳量子点的荧光共振能量转移型传感器对金属硫蛋白的检测

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金属硫蛋白(Metallothioneins,MTs)是一类广泛存在于生物体的低分子量、富含半胱氨酸的热稳定性蛋白质,具有维持体内微量元素的平衡、隔离和保护免受镉、汞和铅等有毒金属的侵害、保护细胞免受氧化应激等功能。金属硫蛋白被认为是重金属污染的生物标志物,也被认为是有前途的肿瘤标志物之一。迄今为止,有关金属硫蛋白的测定方法已有很多报道,如金属饱和法、原子吸收光谱法、免疫分析法、电化学方法等。但是,这些方法大多数要么需要繁琐而复杂的过程,要么需要复杂的设备,要么缺乏足够的专一性和灵敏性。因此,找到一种能方便、灵敏的检测金属硫蛋白的方法,对其进行更加深入的研究,使其能够在各个领域发挥更大的作用具有重要的意义。近几年,基于纳米材料的光学传感器由于具有特异性高和检测限低、响应时间快,而且技术简单等特点而得到了普及。本论文主要以新型的碳纳米材料碳量子点来构建纳米荧光传感器,通过荧光共振能量转移(FRET)的方法实现对金属硫蛋白的检测的目的。主要研究内容如下:1.以对氨基水杨酸和L-谷氨酸为原料,采用一步水热法合成了发绿色荧光的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。探究了不同反应温度、反应时间和反应物配比对N-CQDs荧光性质的影响,得出在本实验条件下对氨基水杨酸为碳源,L-谷氨酸为氮源,两者摩尔比为2:1,反应温度为200℃,反应时间为7 h时,合成的N-CQDs的性能最优。对合成的N-CQDs进行表征,显示N-CQDs呈球形或准球形、分散性好、无明显团聚,粒径小且分布窄,范围为1-3.5 nm,平均粒径为1.93±0.46 nm;由部分石墨化的无定形碳组成,荧光量子产率约为12.8%;N-CQDs具有优异的水溶性、激发波长独立性、良好的光学稳定性。2.在第一章合成N-CQDs基础上,对其进行传感实验探究,建立了基于N-CQDs和金纳米粒子(Au NPs)的荧光共振能量转移型传感器,实现了对金属硫蛋白的识别和检测。讨论N-CQDs和Au NPs之间的结合方式及Au NPs对N-CQDs的荧光猝灭作用;研究了溶液p H、Au NPs浓度反应时间和反应温度对MTs检测的影响;考察了N-CQDs-Au NPs体系对MTs检测的灵敏性及选择性,最后将此体系用于人尿液样品中MTs的定量。结果分析表明,N-CQDs作为能量转移供体与Au NPs结合形成N-CQDs/Au NPs纳米复合物,N-CQDs的荧光发射通过FRET猝灭,猝灭常数KSV为1.77×109L·mol-1,两者之间的能量转移效率约为11.9%。加入MTs后,MTs与Au NPs通过Au-S共价键结合,系统的荧光强度随着MTs浓度的增大逐渐恢复。在优化的实验条件下N-CQDs/Au NPs FRET传感器对MTs响应灵敏度高,线性方程式(F-F0)/F0=0.00432c MTs-0.0144,检出限LOD为5.25×10-9mol·L-1,并成功用于实际样品(尿液)中痕量MTs的测定。
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