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生物小分子作为人体组成的基本物质,广泛参与生物的生理功能、人体代谢、疾病、药物和毒理研究等方面。生物小分子在人体中的代谢水平能够准确地反映人的健康状况,某些生物小分子,如多巴胺、透明质酸酶、组氨酸等已经证明与人体内的疾病有直接关系。检测这些生物小分子在人体组织中的含量,能够实现对疾病的早期诊断,也是预防和治疗重大疾病的重要途径。研究表明,对许多重大疾病如肿瘤、帕金森症、抑郁症的早期诊断,以及对癌症等疾病的治疗和预后效果都是非常重要的。当前的疾病早期诊断筛查手段,虽已成熟,但存在着操作复杂、仪器昂贵的问题。以检测生物小分子在人体内的含量水平为判断依据的疾病早期诊断方法是生命科学研究的重要方面。本研究以设计制备贵金属纳米材料为检测探针,通过研究生物分子的结构特点,对探针进行表面修饰设计用于高灵敏度和高选择性检测特定生物小分子,并且基于智能手机软件辅助检测制备易于携带、性能稳定、操作便捷的纳米检测器件。主要研究内容如下:1.简单和准确的检测多巴胺（DA）的生物样本是至关重要的诊断需要。设计了一种基于橙红色荧光发射的金纳米团簇（AuNCs）用于检测DA的便携式比色荧光探针。通过严格控制反应条件,L-蛋氨酸（L-Met）可以将AuNCs还原并稳定存在。所制备的L-蛋氨酸功能化AuNCs（Met-AuNCs）具有明亮、稳定的橙红色发射光谱,激发/发射波长为420 nm/610 nm。明亮的橙红色发射和190 nm的斯托克位移使Met-AuNCs具有作为生命和环境科学的新型传感探针的巨大潜力。Met-AuNCs在DA和其他生物小分子中通过“on-off”的检测方法来检测DA,具有独特的特异性。在10～100 n M的线性范围内,检出限为3.96 n M（S/N=3）。智能手机支持的颜色识别App对荧光颜色的比色检测结果可作为灵敏、可靠、实时/现场检测DA的视觉传感器。智能手机可在0.1～1.0μM范围内,检出限LOD=81.94n M。此外,Met-AuNCs作为一种新型的荧光探针,可以简单、快速地鉴别血清中的DA,结果表明其在真实样品中检测DA具有很大的可行性。2.透明质酸酶（HAase）可被视为膀胱癌的诊断和预后的尿液生物标志物。在这项工作中,通过合成透明质酸（HA）功能化的银纳米颗粒（HA-AgNPs）,开发了一种高灵敏度和选择性的HAase检测的比色方法。该检测基于HA和HAase之间的特异性酶解反应以及HA-AgNPs的局部表面等离子体特征的改变。HA-AgNPs呈微红色,纳米颗粒直径约为20 nm,HAase的参与使HA酶解成小碎片,HA-AgNPs也被剪切成直径约为5 nm的更小的纳米颗粒,伴随着低聚态HA的生成,导致AgNPs的颜色转变为无色。快速的比色反应保证了HAase在0.01-0.08U/m L范围内的检出限LOD=7.24×10-4 U/m L。该方法在人类血清和尿液中表现出良好的回收率,也表明HA-AgNPs探针的检测稳定性和可靠性。3.设计合成了金银纳米团簇（AuAgNCs）并通过静电纺丝法,以聚醋酸纤维素与AuAgNCs构成前驱体,制备出微空心半球形状的电纺纳米纤维膜（ENM）,得到了比率金银荧光纳米器件（AuAg-ENM）,用于敏感、快速、可视化地检测Cu2+和Hg2+以及组氨酸（His）,并可通过智能手机辅助进行检测。AuAg-ENM的结构是通过电纺技术形成的独特的均匀的微空心半球结构组成,其具有比纤维丝更大的比表面积,更有利于提高纳米探针的检测灵敏度。双金属AuAgNCs传感探针表现出与Hg2+和Cu2+的荧光淬灭,淬灭后检测器件可经His作用使Cu2+检测器件的荧光恢复,不但实现了对Hg2+和Cu2+的区分且His的浓度与器件荧光强度的恢复存在线性相关。评估AuAg-ENM传感系统在复杂环境水样（包括海水、江水和湖水）中的检测实用性和可行性。可以有效地完成对His的检测,探究了人体血清中AuAg-ENM传感系统的稳定性和可靠性,证明AuAg-ENM传感系统检测His的准确性。利用Hg2+、Cu2+和His作为三个化学输入,设计布尔逻辑门系统,可用于更好的解释荧光淬灭的机理和自动化检测。该AuAg-ENM比率检测系统有望成为有前途的便携式、快速、准确的传感器,实现探针的多元监测,可能为实际环境和人体内生物小分子的高灵敏度检测提供依据。4.利用抗体与抗原的免疫应答反应机理,设计了以金纳米颗粒为种子,在其表面组装对巯基苯胺（4-ATP）,并在其表面功能化抗体构成“固相抗体-抗原-标记”免疫检测器件,通过银染法用于潜指纹显现检测极微量可替宁。可在3 min完成对潜指纹的显影,可以快速判断可替宁成分的存在,实现了对可替宁的快速检测的目的。通过SERS标记物4-ATP的组装,提高了仪器检测的灵敏度,在检测TNT样品在浓度为10-4-10-9 M范围内,随TNT浓度的逐渐降低,SERS信号逐渐减弱,有效检测浓度LOD=10-7 M。证实了抗体与抗原反应的高灵敏、高选择性,为以抗体和抗原免疫应答反应为基础的SERS快速、高效检测提供了可靠的依据。