硫量子点复合材料荧光传感器的构建及对疾病标志物的检测研究

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硫量子点(SQDs)是一类新型的量子点,具有优良的光电性能,水稳定性和化学稳定性以及低毒性等优点,已经成功应用于生化传感、生物成像、光学器件以及光催化等领域。目前SQDs在生化传感方面的研究主要集中基于金属离子的检测,或者通过金属离子荧光信号传导,实现对小分子有机化合物的检测;以及基于荧光猝灭—恢复原理,来实现对分析物的检测。这是由于SQDs表面识别有机物和生物大分子的基团较少,限制了其应用范围。此外,受限于其表面缺陷引起的荧光猝灭,SQDs的荧光量子产率偏低。为了提高SQDs的量子产率,拓宽其应用范围,本文提出了新的制备SQDs的方法并且构建了多种基于SQDs的复合材料。将制备的SQDs用于荧光传感,发展了检测Hg2+、2,6-吡啶二羧酸(DPA)、唾液酸(SA)、H2O2、碱性磷酸酶(ALP)和糖蛋白的新方法。论文的主要内容如下:(1)本章介绍了SQDs的制备方法及其发光机理,重点介绍了SQDs的应用进展;概述了疾病标志物的分类以及荧光传感在疾病标志物方面的应用。(2)为了解决SQDs制备过程对刻蚀剂依赖性问题和量子点大小不易控制的问题,本研究以聚乙二醇(PEG)-400为钝化剂,升华硫粉为硫源,通过水热法制备了具有稳定发光性能的SQDs。利用Hg2+能猝灭SQDs荧光的特点,实现了高灵敏度检测Hg2+;由于DPA和SQDs能够竞争吸附Hg2+,可以间接检测DPA,获得了较低的检出限,分别为0.15μM(Hg2+)和1.24μM(DPA)。将所建立的方法应用于实际样品中Hg2+和DPA的检测,回收率分别为88.92-116.92%和99.78-108.00%,相对标准偏差分别为2.54-3.44%和4.71-5.54%。(3)为了提高硫量子点的选择性和灵敏度,建立了苯硼酸功能化SQDs(B-SQDs)的制备方法,采用苯硼酸-茜素红S(ARS)体系,选择性检测了SA。首先采用氨基硅氧烷修饰SQDs,再通过缩合酰化反应,将4-羧基苯硼酸接枝到量子点表面,得到苯硼酸功能化SQDs。ARS与B-SQDs结合使B-SQDs的蓝色荧光猝灭,ARS的红色荧光产生。基于SA能将ARS从ARS-苯硼酸络合物中置换出来的原理,当加入SA后,B-SQDs的荧光恢复,游离的ARS的红色荧光猝灭。B-SQDs和ARS的荧光比与SA在1-70μM范围内呈线性相关,R~2=0.992,检出限为0.54μM。(4)为了提高检测的灵敏度和准确度,将发射红色荧光的铜纳米团簇(Cu NCs)和发射蓝色荧光的SQDs结合,构建了双发射荧光探针(SQDs/Cu NCs)。研究发现复合材料中SQDs的荧光强度明显下降,主要是SQDs和Cu NCs之间的内滤光作用(IFE)所致;将SQDs/Cu NCs放在H2O2溶液中,Cu NCs的荧光猝灭,SQDs的荧光恢复,这是由于H2O2氧化Cu NCs中Cu(0)的结果。将SQDs/Cu NCs应用于呼出气冷凝液中H2O2的检测,其加标回收率和相对标准偏差分别为101-109%和2.39-5.07%。(5)为了提高选择性和发光效率,首先将Zn(II)与SQDs结合,再经表面Zn(II)诱导生长形成金属有机骨架(ZIF-8)的壳层,获得了ZIF-8封装SQDs的复合材料(SQDs@ZIF-8)。将SQDs@ZIF-8用于ALP的检测,发现当ALP和底物—2-磷酸-L-抗坏血酸三钠盐(AAP)同时存在时,可以有效猝灭SQDs@ZIF-8的荧光。在0.15~50U/L范围内,荧光强度与ALP具有良好的线性关系,其检出限为0.04 U/L。此外,将SQDs@ZIF-8用于比色检测ALP,紫外吸收强度与ALP在10~200 U/L范围内呈线性关系。将以上两种检测方法的结合使用,能显著拓宽检测范围。(6)根据前一章节的研究结果,本章使用含有苯硼酸和稀土元素的金属有机骨架(Eu-MOF-B(OH)2)封装SQDs,并通过在SQDs表面层层组装的方法合成了具有核壳结构的SQDs@Eu-MOF-B(OH)2。利用硼酸基团能选择性结合糖蛋白的特点,将SQDs@Eu-MOF-B(OH)2与糖蛋白作用,Eu-MOF-B(OH)2发生了荧光猝灭,而SQDs的荧光不受影响。将该比率荧光传感器用于甲胎蛋白的检测,其在616 nm和420 nm处的荧光比与在10-500 n M范围内的甲胎蛋白呈现良好的线性关系,检出限为6.44 n M。综上所述,本文基于SQDs制备了多种荧光传感器,并实现了对多种疾病标志物的高灵敏度、高选择性检测。
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