抗生素功能化金纳米材料用于铁离子和致病菌检测以及抗菌作用研究

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重金属引起的污染对人类健康和自然环境的威胁以及致病菌引起的食品安全与感染性疾病的暴发是近年来的社会民生热点问题。重金属离子,如:Fe3+,易在生物体内富集,使得生物体的生命功能发生紊乱,对人体健康产生严重的副作用。致病菌,如:金黄色葡萄球菌,极易引发细菌性食物中毒,严重者甚至会危及人类生命。因此急需发展高灵敏、高选择性的检测手段对重金属离子和致病菌进行监控。本文基于金纳米材料优良的光学性质,分别建立了电荷转移猝灭机理检测铁离子(Ⅲ)、基于核酸适配体的特异性识别及万古霉素的广谱识别构建了双分子识别的荧光共振能量转移(F?rster resonance energy transfer,FRET)传感器检测致病菌以及替考拉宁功能化的金纳米棒对细菌的药物和光热双重杀伤策略。主要内容如下:第一部分:本工作主要利用廉价易得的小分子抗生素万古霉素(Vancomycin,Van)作为还原剂和稳定剂,采用简单的一锅法合成水溶性的万古霉素-荧光金纳米簇(Van-AuNCs)。该纳米簇的合成时间短(约为50分钟),具有蓝色的荧光,荧光发射波长在410 nm。基于铁离子(Fe3+)对万古霉素荧光金纳米簇强烈的荧光猝灭作用,其猝灭机理为电荷转移。以万古霉素-荧光金纳米簇为探针检测Fe3+,检测需时20分钟,线性范围为2-100μM,检测限为1.4μM,表现出良好的灵敏度与选择性。以Van-AuNCs为探针建立的方法可用于自来水、湖水、嘉陵江水和海水等环境水样中Fe3+的检测,回收率为97.50-111.14%,相对标准偏差(RSDs)为0.49-1.87%,具有潜在的实际应用价值。第二部分:本工作发展了一种通用的、简单的、一步检测致病菌的策略。该策略主要基于抗生素和适配体分子对细菌的同时识别构建荧光共振能量转移传感器实现致病菌的灵敏、特异和快速检测。本工作分别选取万古霉素(Vancomycin,Van)和核酸适配体(aptamer)为识别分子,以金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)的为待检致病菌模型。以万古霉素功能化的金纳米簇(Van-AuNCs)和核酸适配体连接的纳米金颗粒(aptamer-AuNPs)分别作为能量的供体和受体,构建了双分子识别FRET传感器,在30 min内实现了S.aureus定量检测,其线性范围为20-108cfu/mL,检测限为10 cfu/mL。进一步研究结果表明,该方法用于实际样品中S.aureus测定时具有较好的回收率(99.00-109.75%),RSDs<4%。本工作中建立的快速、灵敏、特异、简单的检测致病菌通用的分析方法,对食品安全的监控和感染性疾病诊断等领域有重要的影响。第三部分:本工作采用金种生长法,以具有独特脂肪链的糖肽类抗生素替考拉宁(Teicoplanin,Teico)作为辅助表面活性剂在金纳米棒生长液中部分取代传统的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备了一种新的抗生素功能化金纳米棒材料(Teico/CTAB-AuNRs)。研究的初步结果表明该金纳米棒同时具有药物和光热双重杀伤细菌的独特功能,可为细菌引起的感染性疾病的治疗提供新的策略。
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