基于含铜材料构建化学发光新方法及其应用研究

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化学发光(Chemiluminescence,CL)是物质在无需实施光激发的情况下发生化学反应所伴随的一种光辐射现象。CL分析方法具有灵敏度高、背景信号低、检测速度快、设备操作简单等优点,已被广泛应用于临床诊断、环境监测、食品分析和药物残留检测等领域。随着自然科学的不断发展,各个领域对于它们的目标分析物精准度的要求越来越高。传统的CL体系,存在发光效率低,强度弱等问题,已经不能满足日益严格的分析检测要求。开发新型的CL体系以放大CL的响应信号是进一步提高CL分析方法高灵敏检测的有效途径。过渡金属材料由于具有优异的催化性能和价格较为低廉的优势,将过渡金属材料引入CL体系已经成为近年来的研究热点。其中含铜功能性材料由于制备成本低、稳定性好、毒性低,受到越来越多的关注。本论文以“基于含铜材料构建化学发光新方法及其应用研究”为研究课题,合成了几种含铜材料并根据材料性质的不同针对性地构建了快速、灵敏测定谷胱甘肽、尿酸和多巴胺的化学发光新方法。全文共五章,第1章主要为化学发光概述、化学发光方法研究进展以及过渡金属在化学发光中的应用。第2-4章为具体的研究内容,第5章为全文总结。本文的主要研究内容如下:1.牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇-Cu2+协同促进钙黄绿素化学发光用于检测谷胱甘肽基于牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)包裹的金纳米团簇-Cu2+(Au@BSA NCs-Cu2+)的协同与促进作用,研究发现Au@BSA NCs-Cu2+可诱导钙黄绿素(Calcein)和H2O2的CL。Au@BSA NCs-Cu2+增强了碱性溶液中calcein-H2O2体系的弱CL约34倍。在新的calcein-H2O2-Au@BSA NCs-Cu2+体系中加入谷胱甘肽(Glutathione,GSH)后,可以降低CL强度。根据这些发现,开发了一种测定GSH的CL方法,该测定法在0.5-6.0 mmol·L-1范围内表现出良好的线性关系,检测限为0.29 mmol·L-1(S/N=3)。最后,本文报道的CL方法成功用于检测人体全血样本中的GSH。2.双金属CuCo普鲁士蓝类似物立方体诱导鲁米诺化学发光用于检测尿酸基于双金属 CuCo 普鲁士蓝类似物(CuCo Prussian blue analogs,CuCo PBA)立方体的催化氧化活性,研究发现通过自组装方法合成的CuCo PBA立方体可诱导碱性环境下的鲁米诺(luminol)化学发光。在添加CuCo PBA后luminol-NaOH体系的CL强度提高了约50倍。当将尿酸(Uric acid,UA)添加到新的luminol-NaOH-CuCo PBA系统中时,CL信号发生显著降低。在此基础上,构建了一种用于UA检测的无酶CL传感器,其线性响应范围为0.3-5.0 μmol·L-1,检测限为0.16 μmol·L-1(S/N=3)。人血清中的其他常见物种不影响UA检测。此外,该CL传感器成功应用于检测人血清样品中的UA,结果令人满意。该工作不仅发现了 CuCo PBA的类酶特性,而且拓宽了其在CL生物分子测定中的应用。3.过氧化氢直接氧化硫化铜纳米簇化学发光用于检测多巴胺以水热法合成了水溶性小尺寸硫化铜纳米簇(CuS nanoclusters,CuS NCs),并发现了 CuS NCs-NaOH-H2O2 CL现象。实验发现,CuS NCs与H2O2在碱性溶液中发生氧化还原反应产生CL发射。加入多巴胺(Dopamine,DA)后,观察到CuS NCs-NaOH-H2O2体系CL强度下降。基于此,提出一种DA的CL检测方法。在最佳实验条件下,CuS NCs-NaOH-H2O2体系的CL强度在DA浓度为50-400μmol·L-1范围内随浓度的增加呈线性增加,检测限为41.81 μmol·L-1。此外,该方法已成功用于人血清样本中DA的检测。本研究结合新型纳米材料作为CL发射体为快速检测DA提供了一条新思路。
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