基于功能化DNA、聚合物量子点的传感器构建及生化应用

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DNA量子点(DNA QDs)、半导体聚合物纳米颗粒(Pdots)因具有良好的发光性能及光学稳定性,极佳的生物相容性和低细胞毒性,使它们在细胞成像,光电化学,pH值、温度、离子及有关生物活性物质含量的测定等领域具有广阔的应用前景。以低分子量双链DNA(鲑鱼精子)为原料制备了高荧光强度的DNA量子点(DNA QDs),研究基于DNA QDs与PDA之间的荧光共振能量转移(FRET)作用,用于溶液中半胱氨酸的传感分析;以聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-co-(1,4-苯并-{2,1’,3}-噻唑)](PFBT),异硫氰酸荧光素(FITC)和聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO)为聚合物功能单体,制备Pdots-PFO-PFBT-FITC(Pdots-PPF),用于比例荧光pH传感及生物成像;以PFBT、和四苯基卟啉(TPP)为功能单体,聚(苯乙烯-马来酸酐)(PSMA)为交联剂,制备得TPP掺杂的PFBT Pdots(Pdots-TP),并以Pdots-TP为PEC传感器的光敏材料,用于四环素的传感分析。具体研究工作主要为以下三部分:(1)开发了一种基于DNA QDs与聚多巴胺(PDA)共振能量转移简单新颖的检测半胱氨酸的方法。由于DNA QDs发射的荧光被PDA分子吸收,产生荧光共振能量转移(FRET)效应,导致DNA QDs的荧光猝灭,使DNA QDs处于荧光“关闭”状态。当存在半胱氨酸时,从多巴胺(DA)向PDA的自发氧化聚合反应将被阻断,使DNA QDs的荧光恢复,处于荧光“开启”状态,且DNA QDs荧光的恢复与溶液中半胱氨酸的浓度相关,据此开发了一种半胱氨酸荧光传感器。该传感器的线性范围为:10.0~100.0μmol/L,线性方程为:y=0.0181x-0.0185,检测限为1.67μmol/L(S/N=3,n=10)。该传感器成功的应用于人体尿液样品中半胱氨酸含量的测定,加标回收率为:98.6%~105.9%。(2)利用聚合物量子点(Pdots)优越的荧光探针特性开发一种灵敏的pH传感器,并成功将Pdots-PPF应用于Hela细胞成像。评估了Pdots比例型荧光pH传感器的传感性能,以PFO、PFBT和FITC为功能单体合成了3种亲水性Pdots:Pdots-PFO-FITC(Pdots-PF),Pdots-PFO-PFBT(Pdots-PP)和Pdots-PFO-PFBT-FITC(Pdots-PPF)。最终发现Pdots-PPF具有最佳的pH传感性能,当选择380 nm波长的光激发Pdots-PPF时,分别产生pH不敏感(λex=439 nm)和pH敏感的(λex=517 nm)荧光,这一特性使利用Pdots-PPF构建比例型pH传感器成为可能。Pdots-PPF的荧光发射强度比(I517/I439)在pH 3.0至8.0间呈线性变化,且Pdots-PPF pH传感器在比例型荧光pH传感中表现出理想的可逆性和稳定性。更重要的是,Pdots-PPF已成功用于Hela细胞的成像,证明其具有极佳的生物相容性和低细胞毒性。(3)通过再沉淀法合成了具有光电响应的TPP掺杂的Pdots(Pdots-TP),Pdots作为光敏材料、TC适配体(apt)为识别元件的光电化学(PEC)适体传感器,并成功实现对四环素(TC)的灵敏检测。当Pdots修饰ITO玻璃电极表面后,因Pdots的光敏活性使Pdots/ITO电极产生阴极光电流信号;当apt继续修饰到Pdots/ITO电极表面制成TC apt/Pdots/ITO电极后,因TC apt的空间位阻效应光电流将减小;然而,当将TC apt/Pdots/ITO电极与含有TC的溶液发生特异性反应后,导致TC apt从TC apt/Pdots/ITO电极表面脱落并使光电流得以恢复。借此建立了PEC传感器灵敏检测TC的方法,且其线性范围为为1.0 nmol/L~1.0×104 nmol/L,线性方程:,检测极限为0.26 nmol/L。同时,该适配体传感器成功的应用于蜂蜜样品中四环素的测定,回收率为96.4%~104.4%。
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