【摘 要】
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酶作为重要的生物催化剂,能够在极其温和的条件下广泛促进生物组织内的各种生物合成以维护多种生理功能。生物酶对维持生物正常的身体机能至关重要,被认为是临床诊断中的重要生物标志物。因此,准确且定量地检测生物体内酶的活性,有利于生物学研究、肿瘤早期诊断与治疗以及疾病的疗效评估。近年来,用于监测活体细胞和生物体内生物酶含量的荧光探针被广泛开发,基于荧光探针所构建的用于生物酶的荧光检测策略通常具有成本低廉、实
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酶作为重要的生物催化剂,能够在极其温和的条件下广泛促进生物组织内的各种生物合成以维护多种生理功能。生物酶对维持生物正常的身体机能至关重要,被认为是临床诊断中的重要生物标志物。因此,准确且定量地检测生物体内酶的活性,有利于生物学研究、肿瘤早期诊断与治疗以及疾病的疗效评估。近年来,用于监测活体细胞和生物体内生物酶含量的荧光探针被广泛开发,基于荧光探针所构建的用于生物酶的荧光检测策略通常具有成本低廉、实时检测、特异性好、生物相容性好等优点。作为碳基材料家族的重要成员之一,碳量子点（CQDs）不仅具有与代表性碳基材料相似的物理化学性质,而且不具备重金属元素,具有溶解度好、易于表面修饰、成本低廉、光致发光强且稳定和带隙能调等优点。碳量子点本身具有优异光学和生物学特性的官能团,并且在修饰碳量子点的过程中允许通过静电相互作用和氢键在其表面检测和连接各种特定分析物,因此在临床生物医学和疾病诊断方面表现出巨大的潜力,被广泛用于p H、重金属离子的荧光检测、细胞成像和药物及基因的传递等。在本论文中,我们选择制备了不同荧光性质的碳量子点来作为荧光探针构建特异性生物酶检测传感平台,通过对碳量子点进行表面钝化、结合新颖材料等方法增强荧光强度,有效结合表面功能集团,构建了两种有效且新颖地可用于生物酶活性检测的荧光生物传感平台,并有效地证实了所构建的检测平台在实际的生物样品中依旧展现出良好的分析检测性能。具体研究内容如下:第一章,我们简要地概述了碳量子点基本的形貌结构和发展进程,总结了碳量子点的多种制备方法,然后系统地讨论了碳量子点的光学性质、修饰方法及其在生物传感方面的应用,最后系统地叙述了本论文的设计思路,探讨了生物酶检测实验的研究意义。第二章,我们基于聚乙烯亚胺（PEI）表面修饰的碳量子点（CDs-PEI）与阴离子荧光染料曙红Y之间的静电相互作用,建立了一种基于双荧光发射信号的新型检测体系,它可以很好地应用在超灵敏精度下检测鱼精蛋白和胰蛋白酶。作为一种聚阳离子多肽,鱼精蛋白可以通过静电相互作用猝灭曙红Y在542 nm处的黄绿色荧光。在胰蛋白酶存在的情况下,鱼精蛋白可以与胰蛋白酶相互作用,发生特异性水解作用,从而导致曙红Y的荧光恢复。CDs-PEI在452 nm处的蓝色荧光发射在整个过程中保持不变。因此可以通过体系荧光强度比(I542/I452)的变化实现对鱼精蛋白和胰蛋白酶的检测。体系的比例荧光强度(I542/I452)在0.1-5.2μg/m L的鱼精蛋白浓度范围内展现出出优异的线性关系,检测限（LOD）为0.03μg/m L。I542/I452信号在0.4-56 ng/m L之间的胰蛋白酶活度线性关系良好,LOD为0.21 ng/m L。该方法对实际人体尿液样品中胰蛋白酶的检测获得了满意的结果。第三章,我们制备了Co、N共掺杂多孔碳基纳米酶（Co-N-C nanozyme）。利用Co、N共掺杂碳基纳米酶优异的氧化酶催化活性和好的稳定性,我们提出了一种基于Co、N共掺杂多孔杂化碳基纳米酶（Co、N共掺杂碳基纳米酶）和发红光碳量子点（RCDs）的荧光比色双信号体系用于高灵敏的丁酰胆碱酯酶（BCh E）传感。由于显色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）被Co、N共掺杂碳基纳米酶催化氧化,并在652 nm处产生一个新的紫外吸收峰,导致610 nm处的碳量子点荧光猝灭。在BCh E的催化下,S-丁酰碘化硫代胆碱（BTCh）水解生成硫代胆碱,生成的硫代胆碱有效抑制Co、N共掺杂碳基纳米酶催化的TMB氧化,导致ox TMB在652 nm处的紫外吸收减少和RCDs的荧光有效恢复。荧光和比色双信号系统对BCh E的活性在0.5-40 U L-1范围内均表现出优异的线性响应,荧光和比色检测方法的LOD分别为0.21 U L-1和0.16 U L-1。此外,所建立的双模式生物传感策略已成功用于人血清样品中BCh E的测定,获得了令人满意的结果,有效地拓展了碳量子点荧光探针和纳米酶在生物传感中的应用。
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