【摘要】：隨著納米技術的不斷發(fā)展和新型納米材料的不斷涌現(xiàn),納米科學為生物傳感器的發(fā)展注入了新的活力,開辟了新的發(fā)展思路。近年來,越來越多的新型納米發(fā)光材料因其獨特的光學性能而成為當前研究的熱點,尤其是上轉換納米發(fā)光材料(UCNPs),因其能夠通過多光子機制將近紅外光(通常為980nm)轉換成強烈的紫外、可見光,具有激發(fā)光能量低、背景低、量子產(chǎn)率高、光漂白小、發(fā)光強度高且穩(wěn)定、發(fā)射波長可通過控制其組成進行調節(jié)等優(yōu)點而在生物檢測中得到了廣泛的應用,其毒性低、生物相容性好、組織穿透能力強等優(yōu)點更是讓其在細胞、腫瘤成像診斷和治療中得到了廣泛的研究�；诖�,本文圍繞新型的上轉換納米材料開展了以下三個方面的工作:一、利用溶劑熱法制備了發(fā)射藍色熒光的NaYF_4:Yb,Tm/NaYF_4上轉換納米顆粒。結合UCNPs的光學性能和氧化石墨烯獨特的電子學性質發(fā)展了一個簡便的、超靈敏的生物傳感器用于S1核酸內切酶的檢測。其原理為:DNA的5’端修飾磷酸基團,由于磷酸基團與鑭系離子之間有更強的結合力從而使油相制備的UCNPs表面的油酸在液液界面通過配體交換的形式被置換下來,DNA組裝到UCNPs表面,上轉換納米顆粒表面的DNA能夠通過π-π共軛作用和疏水作用被吸附到石墨烯的表面,從而拉近UCNPs與石墨烯之間的距離,兩者發(fā)生熒光共振能量轉移,UCNPs熒光被猝滅。當有S1核酸內切酶存在時,上轉換納米顆粒表面的DNA會被S1核酸內切酶切割成單一的或短小的寡核苷酸片段,從而導致UCNPs與石墨烯之間作用力減弱,UCNPs遠離氧化石墨烯,熒光信號得到恢復。本方法有很好的選擇性,比以往的檢測S1核酸內切酶的方法靈敏,可以靈敏檢測到1×10~(-4) units m L~(-1)的S1核酸內切酶,并且探究了S1核酸酶抑制試驗。這種創(chuàng)新的方法提供了一個探索上轉換熒光共振能量轉移性質的范例,擴展了上轉換納米材料在廣泛的領域(如生物學、生物醫(yī)學、生物/化學傳感)的應用機會。二、利用溶劑熱法制備了發(fā)射綠色熒光的NaYF_4:Yb,Er上轉換納米顆粒。結合UCNPs的光學性能、Exo Ⅲ特殊的酶切活性和氧化石墨烯獨特的電子學性質發(fā)展了一種新穎的、簡便的、靈敏度高的分析技術用于乳腺癌基因(BRCA1)的放大檢測。其原理為:DNA的5’端修飾磷酸基團,由于磷酸基團與鑭系離子之間有更強的結合力從而使油相制備的UCNPs表面的油酸在液液界面通過配體交換的形式被置換下來,DNA組裝到UCNPs表面,當加入石墨烯和Exo Ⅲ時,上轉換納米顆粒表面的DNA能夠通過π-π共軛作用和疏水作用被吸附到石墨烯的表面,從而拉近UCNPs與石墨烯之間的距離,兩者發(fā)生熒光共振能量轉移,UCNPs熒光被猝滅。。當有目標DNA乳腺癌基因(BRCA1)存在時,目標DNA與UCNPs表面的捕獲DNA結合成雙鏈,從而激活Exo Ⅲ切割捕獲DNA成單一的或短小的寡核苷酸片段,從而釋放目標DNA進行循環(huán)放大,UCNPs與石墨烯之間的作用力減弱,UCNPs遠離氧化石墨烯,熒光信號得到恢復。本方法靈敏度高,易于操作,對對BRCA1的檢測動態(tài)線性范圍為0.02 nM～0.9 nM。三、利用溶劑熱法制備了發(fā)射藍色熒光的NaYF_4:Yb,Tm/NaYF_4上轉換納米顆粒。結合UCNPs的光學性能和Hg的電子學性質設計了一個新穎的、靈敏的生物傳感器用于Hg~(2+)的檢測。其原理為:DNA的5’端修飾磷酸基團,由于磷酸基團與鑭系離子之間有更強的結合力從而使油相制備的UCNPs表面的油酸在液液界面通過配體交換的形式被置換下來,DNA組裝到UCNPs表面,當有Hg~(2+)存在時,Hg~(2+)通過有效的電子轉移過程促進UCNPs無輻射電子/空穴復合湮滅,從而使上轉換納米的熒光被猝滅。本方法在10 nM～10mM呈良好的線性關系,在水溶液中的檢測限為5 nM。在實際樣品的檢測中,回收率在97%～102%范圍之內,相對標準偏差約6%。表明該傳感器能夠有效地降低復雜生物樣品中的背景干擾,在實際樣品的定量分析中可以獲得滿意的結果。
[Abstract]:With the continuous development of nanotechnology and the emergence of new nanomaterials, nanoscience has injected new vitality into the development of biosensors and opened up new ideas for development. In recent years, more and more new nanoluminescent materials have become the focus of current research because of their unique optical properties, especially upconversion nanoluminescent materials. Ultraviolet and visible light can be converted from near infrared (usually 980 nm) to intense ultraviolet (UV) by multi-photon mechanism. Ultraviolet and visible light has the advantages of low excitation energy, low background, high quantum yield, low photobleaching, high and stable luminescence intensity, and emission wavelength can be adjusted by controlling its composition. Because of its low toxicity, good biocompatibility and strong tissue penetration ability, it has been extensively studied in cell, tumor imaging diagnosis and treatment. Based on this, this paper focuses on the new upconversion nanomaterials to carry out the following three aspects: First, the preparation of blue fluorescent NaYF_4:Yb, Tm/Na by solvothermal method. YF_4 upconversion nanoparticles. Combining the optical properties of UCNPs with the unique electronic properties of graphene oxide, a simple, ultra-sensitive biosensor has been developed for the detection of S1 nucleic acid endonuclease. The principle is that the 5'-terminal of DNA modifies the phosphoryl group, which has a stronger binding force with lanthanide ions, and thus makes the oil phase oil. Oleic acid on the surface of UCNPs is replaced by ligand exchange at the liquid-liquid interface. DNA is assembled on the surface of UCNPs. The DNA on the surface of UCNPs can be adsorbed to the surface of graphene through the conjugation and hydrophobicity of pi-pi, thus shortening the distance between UCNPs and graphene. The fluorescence resonance energy transfer occurs between them. In the presence of S1 endonuclease, the DNA on the surface of up-converted nanoparticles is cleaved into a single or short oligonucleotide fragment by S1 endonuclease, resulting in the weakening of the interaction between UCNPs and graphene, and the UCNPs are far away from graphene oxide, thus the fluorescence signal is recovered. Compared with previous methods for detecting S1 endonuclease, the method is more sensitive to detect S1 endonuclease with a sensitivity of 1 (-4) units m L (-1) and explores S1 nuclease inhibition test. Opportunities for applications such as biology, biomedicine, bio/chemical sensing. 2. Solvothermal synthesis of green fluorescent NaYF_4:Yb, Er upconversion nanoparticles. Combining the optical properties of UCNPs, the special enzyme digestion activity of Exo III and the unique electronic properties of graphene oxide, a novel, simple and highly sensitive fraction has been developed. The principle of BRCA1 amplification is that the 5'-terminal of DNA modifies the phosphate group, and the oleic acid on the surface of the oil-phase UCNPs is replaced by ligand exchange at the liquid-liquid interface because of the stronger binding force between the phosphate group and lanthanide ions. The DNA is assembled on the surface of the UCNPs when graphite is added. When EN and Exo III are present, the DNA on the surface of up-converted nanoparticles can be adsorbed to the surface of graphene through the conjugation and hydrophobic interaction of pi-pi, thus closing the distance between UCNPs and graphene. The fluorescence resonance energy transfer occurs between UCNPs and graphene, and the fluorescence of UCNPs is quenched. This method is sensitive and easy to operate, and can be used to detect BRCA1. NaYF_4:Yb, Tm/NaYF_4 up-conversion nanoparticles emitting blue fluorescence were prepared by solvothermal method in the range of 0.02 nM~0.9 nM.3. A novel, sensitive biosensor was designed for the detection of Hg~ (2+) based on the optical properties of UCNPs and the electronic properties of Hg. In the presence of Hg ~ (2 +), Hg ~ (2 +) promotes the non-radiation electron/hole annihilation of UCNPs through an effective electron transfer process. This method has a good linear relationship between 10 nM and 10 mM, and the detection limit in aqueous solution is 5 nM. In the detection of real samples, the recovery rate is in the range of 97%-102%, and the relative standard deviation is about 6%. It shows that the sensor can effectively reduce the background interference in complex biological samples, and the detection limit is 5 nM. Satisfactory results can be obtained in quantitative analysis.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TP212.3

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本文編號：2191427