基于四苯乙烯和卟啉超分子荧光传感阵列的构建与糖胺聚糖检测应用

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糖胺聚糖是一类具有多样生物活性的线性多糖,它们中很多都具有药用价值。例如,肝素是临床上常用的抗凝血剂,在外科手术和透析时被广泛使用,同时,肝素也能够用于抗血栓的治疗。而硫酸软骨素则通常被用来治疗关节炎,透明质酸则在促进创伤愈合方面有很高的医疗价值。然而,组成这些多糖的二糖重复单元具有相近的化学结构,并且其生物合成过程非常复杂,这为糖胺聚糖的表征和检测带来了很大难度。通常只能依靠核磁、液相色谱等贵重仪器确定这些复杂多糖的结构,并需要检测人员具有专业解谱分析能力。糖胺聚糖在临床的广泛使用同复杂的检测方法产生了很大矛盾,这对其安全使用造成了潜在的威胁。因此,开发简便、高效的糖胺聚糖检测方法具有重要的实际意义。本文考虑到肝素等糖胺聚糖的化学结构具有高度的异质性,难以设计传统基于“锁-钥模型”的特异性荧光探针,而阵列传感器可以通过模拟哺乳动物的嗅觉和味觉系统对类似物进行模式识别,因此期望利用常见的荧光染料如四苯乙烯、卟啉等构建新型的阵列传感器用于糖胺聚糖的准确鉴别与检测。本文第一章将对糖胺聚糖的种类和应用、糖胺聚糖的荧光检测方法以及阵列传感器的原理和应用进行详细介绍。第二章我们发展了基于四苯乙烯-聚二烯丙基二甲基氯化铵的AIE荧光传感阵列用于肝素等糖胺聚糖鉴别。通过调控四苯乙烯甲酸(TPE)在阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)上的载入量,合成了 PDDA-TPE100、PDDA-TPE75、PDDA-TPE50、和PDDA-TPE25四种AIE超分子纳米探针,并使用该四种探针构建了 AIE传感阵列。该阵列能够区分多种糖胺聚糖,包括肝素、硫酸软骨素、透明质酸、壳聚糖、硫酸葡聚糖和多硫酸软骨素,其准确性达到100%。当我们进一步将该AIE传感阵列中的传感器单元精简到三个时,所得三组分传感阵列对未知糖胺聚糖样品仍然具有强大的鉴别能力,还能高灵敏度地检测出肝素中痕量的多硫酸软骨素污染物,这为肝素的质量控制提供了可靠的技术支持。第三章,为了解决短波长传感器在生物体系中易受背景荧光干扰的问题,我们设计合成了 5个带有不同数量和位置正电荷单元的卟啉,通过将它们组装到氧化石墨烯的表面,制备了 5个具有近红外荧光发射波长的卟啉-氧化石墨烯纳米复合材料(PP1-GO,PP2a-GO,PP2b-GO,PP3-GO 和 PP4-GO)用于传感器阵列 PP-GO 的构建。该阵列可以通过糖胺聚糖竞争性取代GO表面的卟啉,使其荧光恢复从而达到检测的目的。线性判别分析显示PP-GO阵列传感器能够从生物富集阴离子和生物分子中实现对肝素的检测,且在PBS和10%的混合溶剂中仍然具有很高准确度,还可以用于检测肝素中的糖胺聚糖污染物。这些结果表明,PP-GO传感阵列非常适合用于检测实际生物样品中的糖胺聚糖。第四章对全文工作进行了总结,同时对四苯乙烯和卟啉混合体系用于糖胺聚糖检测的方法进行了展望。
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