金属纳米粒子调控苝探针荧光在生物传感中的应用

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荧光分析技术因其操作简单、响应迅速以及灵敏度高的优点而被广泛应用于食品安全、环境监测、医学诊断等众多领域。相比于其他荧光材料,苝衍生物具有高的荧光量子产率、良好的化学惰性和优越的光学性质,因而作为重要的荧光探针被用于生物传感器的构建。近年来研究发现金属纳米粒子以其独特的表面等离子体共振性质可以有效调控荧光物质的荧光发射,改善其强度和光稳定性,有助于进一步拓展荧光技术在相关领域的应用。本文中,我们详细研究了金、银纳米粒子对几种苝衍生物探针荧光的调控作用,并发展了一系列简单廉价、免标记的生物传感新方法。主要内容如下:  1.基于苝衍生物探针在金纳米粒子表面的可控吸附,我们建立了一种荧光Turn-on检测汞离子(Hg2+)的新方法。苝衍生物探针可以通过强的静电吸引和疏水作用吸附在金纳米粒子表面,诱导纳米粒子集聚,同时探针本身也发生集聚,导致其单体荧光淬灭。另外,金纳米粒子也可通过能量转移的方式淬灭探针荧光。加入Hg2+和NaBH4后,Hg2+被还原成Hg(0),并和金纳米粒子作用形成金汞齐纳米粒子。而汞齐纳米粒子与苝衍生物探针之间的相互作用很弱,无法有效淬灭探针荧光,因此可观察到明显的荧光Turn-on信号。探针荧光发射强度的恢复与加入Hg2+的量呈正相关。我们的方法具有很高的灵敏度和选择性,在没有使用任何扩增手段的情况下,最低可检测到5 nM。其他金属离子对检测也并无干扰。将我们的方法用于实际水样的分析,得到了很好的回收率,证明其在Hg2+选择性检测相关领域有一定的应用潜力,例如环境监测。  2.基于银纳米粒子和苝衍生物探针的相互作用,我们构建了一种新型葡萄糖(Glucose)传感器。苝衍生物探针可以通过强的静电吸引和疏水作用紧密吸附在银纳米粒子表面,引起纳米粒子和探针的共集聚,导致探针单体荧光被有效淬灭。溶液中的溶解氧和葡萄糖氧化酶(GOx)可催化氧化Glucose生成过氧化氢(H2O2)。原位产生的H2O2氧化刻蚀银纳米粒子,使其失去淬灭探针荧光的能力,因此可观察到明显的荧光Turn-on信号。探针荧光的恢复程度与体系中Glucose浓度呈正相关。利用我们的方法对人血清中的Glucose进行定量分析,得到的结果与市售血糖仪测得的数值基本一致,证明此方法可以准确定量人体血糖含量,有很好的实际应用价值。  3.带正电荷的苝衍生物探针在阴离子聚合物和表面活性剂诱导下可形成激基缔合物,但是其荧光强度极低,严重限制了其在相关领域的应用。我们合成了四种不同尺寸的银纳米粒子,并详细研究了其跟正电荷苝衍生物探针的相互作用。由于二者之间的静电和疏水作用,混合后发生共集聚。银纳米粒子在长波长处生成一新的表面等离子体共振(S PR)吸收峰,探针单体荧光被有效淬灭,观察到很强的激基缔合物荧光。银纳米粒子诱导激基缔合物荧光的最大发射强度和最大发射峰位与其尺寸密切相关。研究发现探针激基缔合物荧光强度与银纳米粒子新生成的SPR峰有很强的依赖关系。同时,银纳米粒子诱导的激基缔合物与阴离子聚合物诱导的相比,激发有所增强,荧光寿命有所减短。说明银纳米粒子不仅可以诱导,同时也有效增强了激基缔合物的荧光发射。基于这个现象我们构建了一种新型的过氧化氢(H2O2)传感器并将其应用于细胞裂解液的分析。
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