基于贵金属纳米材料的生物传感及抗菌性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzy19900924
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贵金属纳米材料由于独特的结构特征,具有一些常规块状金属材料所不具备的物理和化学特性,包括光学、电学、磁学以及力学等性能,已经在催化、电子学、光子学、信息存储、传感、成像以及生物医学等领域获得了广泛应用。金属纳米簇是一种新型的发光纳米材料,一般由几个原子组成。与传统的荧光染料如有机染料和量子点相比,金属纳米簇具有稳定性高、生物相容性好、尺寸小、毒性低和荧光发射强等优点。金属-聚合物纳米复合材料已被成功制备,且成为新一代抗菌材料,它们之间的协同作用和优势互补可增强单一抗菌剂的抗菌活性,提高其抗菌性能。本论文将基于二维贵金属纳米材料和银纳米簇构建荧光传感器用于生物分子的检测,并制备了纳米银(AgNPs)-阳离子紫外光聚合(UV)水性聚氨酯(PWPU)复合涂层用于抗菌研究。本论文的主要内容如下:(1)贵金属纳米材料的结构,形貌和尺寸对其性能有很大的影响。二维贵金属纳米材料Pd@Au纳米片具有均匀的类六边形形貌,在可见光-近红外区具有强的吸收。它不仅能够通过种子再生长的方法合成,而且具有尺寸可调节的特点。Pd@Au纳米片具有良好的水溶性和大比表面积,对单链DNA(ssDNA)和双链DNA(dsDNA)表现出不同的结合力和亲和力,可以通过荧光共振能量转移(FRET)猝灭荧光分子的荧光。Pd@Au纳米片本身不具有荧光,不会对实验产生背景干扰,被认为是一种有前途的纳米结构。因此,在第二章中,我们首次用Pd@Au纳米片构建了一个荧光传感平台用于DNA和小分子的灵敏检测,并分别探讨了实验的可行性、尺寸效应对传感性能的影响及对目标物质的灵敏度和特异性检测。首先,Pd@Au纳米片对染料标记的单链DNA探针和与靶标杂交后形成的双链DNA表现出不同的吸附效果,荧光强度的显著变化可以作为检测的依据。通过猝灭能力和动态过程分析,优选出80 nm Pd@Au纳米片用于DNA和小分子的检测。此传感器在0.02 nM-50 nM范围内对DNA显示出良好的线性关系,且检测限可以达到20 pM,同时对三磷酸腺苷(ATP)和Hg2+也表现出高的检测灵敏度。该方法设计简单,且具有普适性,提供了一种快速、灵敏检测生物分子的平台技术。(2)生物硫醇在生物体的许多生理活动和新陈代谢过程中,扮演着重要的角色。定量检测生物体中的硫醇浓度,可为疾病的预防和诊断起到参考作用,对人类生命活动具有重要意义。第三章中,我们基于DNA四面体纳米结构和银纳米簇优良的生物学性能,构建了一种无标记比率型荧光探针用于检测生物硫醇。该探针由三个部分组成:DNA四面体的骨架,作为运载工具;富含胞嘧啶C的序列作为合成银纳米簇的模板;嵌入型染料吖啶橙(AO)作为内参信号。在存在硫醇时,由于Ag-S键强的相互作用,硫醇会取代和猝灭银簇的荧光,而AO的荧光强度保持不变,利用银簇和AO荧光强度的比值可作为定量检测生物硫醇的依据。此传感器实现了生物硫醇的灵敏检测,且具有高的选择性。在0.5-7?M范围内对谷胱甘肽(GSH)具有良好的线性响应,检测限低至59 nM,对半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy)的检测限分别达到47 nM和28 nM。更重要的是比率型的探针能够避免假阳性信号,提供更真实可靠的结果。(3)第四章中,通过一步法制备了AgNPs-阳离子UV水性聚氨酯复合涂层,并对其抗菌性能进行研究。AgNPs是一种公认的无机抗菌剂,阳离子水性聚氨酯中的季铵盐是一种有机抗菌剂,通过简单的紫外光照射,将AgNPs原位生成和涂层固化合二为一,制备了AgNPs-阳离子UV水性聚氨酯复合涂层。该涂层将有机、无机抗菌部位有效的结合起来,协同工作进行双重抗菌。通过透射电子显微镜(TEM)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)对复合材料的形貌和性质进行表征。本实验采用最低抑菌浓度(MIC)、抗菌效率-时间曲线以及重复抗菌性等对该涂层的抗菌性能进行测试。结果表明所制备的复合涂层能够对大肠杆菌(Escherichia coil,E.coil)和枯草杆菌(Bacillus subtilis,B.S.)产生显著的抗菌效果且有很好的重复抗菌性能。该制备方法具有简单高效、廉价绿色的特点,可为制备AgNPs为基础的抗菌纳米复合材料提供新思路。
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