本文關(guān)鍵詞：功能化碳量子點(diǎn)的制備及在生物酶活性檢測中的應(yīng)用

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【摘要】：碳量子點(diǎn)(CQDs)作為一種尺寸在10nm以下的新型碳納米材料,具有極好的可分散性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐光性,易修飾、激發(fā)依賴多顏色發(fā)射、低毒性和很好的生物相容性使得它有望替代染料探針、毒半導(dǎo)體量子點(diǎn)和低熒光聚合物,在化學(xué)傳感、生物傳感、生物成像、藥物運(yùn)輸、光伏器件、光催化等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。本文以活性炭為原料,利用濃硫酸、濃硝酸氧化法制備得到水溶性好,且表面富含羧基和羥基官能團(tuán)的碳量子點(diǎn),合成的碳量子點(diǎn)具有強(qiáng)黃綠色熒光。在此基礎(chǔ)上,我們利用多巴胺與碳量子點(diǎn)表面羧基的縮合反應(yīng)合成了多巴胺功能化的碳量子點(diǎn)(dopa-CQDs)。我們利用碳量子點(diǎn)表面的羧基與無水焦磷酸鈉(PPi)對(duì)鈰離子(Ce3+)的競爭反應(yīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)熒光納米開關(guān)來檢測PPi；基于聚集分散機(jī)制及堿性磷酸酶(ALP)對(duì)PPi和三磷酸腺苷(ATP)的水解作用及酸性磷酸酶(ACP)對(duì)PPi的水解作用分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)ALP和ACP的定量實(shí)時(shí)檢測：利用乙酰膽堿酶(AChE)對(duì)乙酰膽堿(ATCh)的水解作用和巰基與碳量子點(diǎn)表面羧基對(duì)銅離子(Cu2+)的競爭反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)AChE活性檢測及抑制劑篩選：利用多巴胺-碳量子點(diǎn)中的多巴胺部分被酪氨酸酶(TYR)氧化成醌,與碳量子點(diǎn)發(fā)生光致電子轉(zhuǎn)移(PET)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)TYR活性的檢測及抑制劑篩選。主要研究內(nèi)容如下：(1)基于碳量子點(diǎn)的聚集分散機(jī)制,我們構(gòu)建了一個(gè)方便可逆的熒光納米開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)PPi的定量檢測。聚集和分散狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)與熒光信號(hào)的開和關(guān)。Ce3+與碳量子點(diǎn)表面的羧基具有強(qiáng)絡(luò)合作用而使碳量子點(diǎn)發(fā)生聚集,Ce3+與PPi對(duì)羧基的競爭反應(yīng)又使得碳量子點(diǎn)解聚,因而PPi可以作為碳量子點(diǎn)/Ce3+納米開關(guān)的外在化學(xué)刺激,它的量可以通過體系的熒光強(qiáng)度來反映。定量檢測PPi的線性范圍為0.3-29.3μM,檢測限為0.11μM。我們同時(shí)評(píng)估了PPi在人類HeLa細(xì)胞中的檢測效果,觀察到PPi存在及不存在時(shí)的熒光納米開關(guān)的打開和閉合。(2)基于碳量子點(diǎn)的聚集和分散機(jī)制我們實(shí)現(xiàn)了ALP活性的定量檢測。方法一：碳量子點(diǎn)和PPi分別作為檢測ALP活性的熒光指示器和底物。碳量子點(diǎn)表面富含的羧基與Cu2+絡(luò)合,碳量子點(diǎn)發(fā)生聚集,熒光猝滅；ALP將PPi水解成pi,pi將Cu2+從碳量子點(diǎn)/Cu2+的絡(luò)合體系中奪取出來,碳量子點(diǎn)重新分散,熒光恢復(fù)。定量檢測ALP活性的線性范圍為16.7-782.6U/L,檢測限為1.1U/L。該法的靈敏度達(dá)到了人血清中ALP的檢測的要求。方法二：碳量子點(diǎn)和ATP分別作為ALP活性檢測的熒光指示器和底物。碳量子點(diǎn)表面的羧基與Ce3+作用,碳量子點(diǎn)聚集,熒光猝滅；ALP水解ATP形成pi,pi將Ce3+從碳量子點(diǎn)/Ce3+的絡(luò)合體系中奪取出來,碳量子點(diǎn)重新分散,熒光恢復(fù)。定量檢測ALP活性的線性范圍為4.6-383.3U/L,檢測限為1.4U/L。這兩種方法的靈敏度能夠滿足人血清中ALP活性的檢測的要求,拓寬了熒光碳量子點(diǎn)的傳感應(yīng)用,為基于聚集分散的光學(xué)探針的發(fā)展提供了借鑒。(3)我們發(fā)展了基于碳量子點(diǎn)納米材料和PPi的可逆熒光納米開關(guān),在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了對(duì)ACP活性的實(shí)時(shí)定量檢測。Ni2+與CQD表面羧基的絡(luò)合作用使得碳量子點(diǎn)聚集,熒光猝滅,而PPi能夠?qū)i2+從碳量子點(diǎn)/Ni2+的納米聚集體系中奪取出來,使得碳量子點(diǎn)重新分散,熒光恢復(fù)。ACP能將PPi水解成pi,Ni2+重新猝滅碳量子點(diǎn)的熒光。定量檢測ACP活性的線性范圍為18.2U/L-1300U/L檢測限為5.5U/L,該法的靈敏度可滿足人血清和血漿中ACP的檢測。(4)我們用碳量子點(diǎn)作為熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)AChE活性檢測和抑制劑篩選。檢測原理如下：碳量子點(diǎn)表面的羧基與Cu2+絡(luò)合使得碳量子點(diǎn)聚集,熒光猝滅,AChE催化水解ATCh成TCh,TCh的巰基與Cu2+的絡(luò)合作用要強(qiáng)于羧基,熒光恢復(fù),當(dāng)AChE的抑制劑存在時(shí),AChE失去催化活性,熒光保持在猝滅狀態(tài)。用這個(gè)方法我們檢測AChE活性的線性范圍為14.2-121.8U/L,檢測限為4.25U/L,該法的靈敏度可實(shí)現(xiàn)人血清和血漿中AChE活性的檢測。研究結(jié)果也證實(shí)了該法在AChE抑制劑篩選中的潛在應(yīng)用。(5)基于多巴胺修飾的碳量子點(diǎn)材料我們發(fā)展了一種檢測TYR活性和抑制劑篩選的方法。首先將多巴胺功能化在碳量子點(diǎn)表面,多巴胺-碳量子點(diǎn)有很強(qiáng)的藍(lán)綠色熒光。當(dāng)多巴胺-碳量子點(diǎn)的多巴胺部分被TYR催化氧化成多巴醌衍生物時(shí),碳量子點(diǎn)與多巴醌部分發(fā)生PET過程,多巴胺-碳量子點(diǎn)的熒光猝滅。利用熒光猝滅效率與TYR活性之間的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)了TYR活性的定量檢測。該方法的線性范圍寬至800U/L檢測限低至7.0U/L。同時(shí),我們用熊果苷做了抑制劑篩選實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有熊果苷存在時(shí)TYR的活性受到了抑制。我們的研究結(jié)果也證實(shí)了多巴胺-碳量子點(diǎn)具有很好的生物相容性,能夠靈敏地監(jiān)測黑色素瘤細(xì)胞內(nèi)的TYR水平及活體細(xì)胞內(nèi)的pH變化。
【關(guān)鍵詞】：碳量子點(diǎn) 功能化 酶活性 聚集分散 光致電子轉(zhuǎn)移
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q55;O613.71
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 碳量子點(diǎn)概述13
• 1.2 合成方法13-15
• 1.2.1 自上而下法13-14
• 1.2.2 自下而上法14-15
• 1.3 碳量子點(diǎn)的表面鈍化和功能化15-16
• 1.3.1 表面鈍化15
• 1.3.2 表面功能化15-16
• 1.4 碳量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)16-19
• 1.4.1 來自于共軛p-區(qū)域能帶轉(zhuǎn)移的熒光發(fā)射16
• 1.4.2 缺陷衍生起源的熒光發(fā)射16-17
• 1.4.3 碳量子點(diǎn)的可調(diào)熒光發(fā)射17-18
• 1.4.4 上轉(zhuǎn)換熒光18-19
• 1.5 碳點(diǎn)的應(yīng)用19-25
• 1.5.1 化學(xué)傳感19-21
• 1.5.2 生物傳感21-23
• 1.5.3 生物成像23-24
• 1.5.4 納米醫(yī)療24-25
• 1.6 本論文研究內(nèi)容及意義25-28
• 參考文獻(xiàn)28-33
• 第二章 基于碳量子點(diǎn)納米自組裝的可逆熒光開關(guān)檢測PPi33-51
• 2.1 前言33-35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分35-38
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器35
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑35-36
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法36-38
• 2.3 結(jié)果與討論38-47
• 2.3.1 碳量子點(diǎn)的合成和表征38-41
• 2.3.2 基于碳量子點(diǎn)構(gòu)建和評(píng)估納米開關(guān)41-43
• 2.3.3 基于碳量子點(diǎn)和Ce~(3+)定量檢測焦磷酸根43-47
• 2.4 結(jié)論47-48
• 參考文獻(xiàn)48-51
• 第三章 基于碳量子點(diǎn)檢測ALP的兩種方法51-79
• 3.1 前言51-54
• 3.2 基于PPi的ALP檢測54-62
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分54-56
• 3.2.2 結(jié)果與討論56-62
• 3.3 基于ATP的ALP檢測62-74
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)部分62-64
• 3.3.2 結(jié)果與討論64-74
• 3.4 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 第四章 基于碳量子點(diǎn)納米自組裝的可逆熒光開關(guān)檢測ACP的活性79-96
• 4.1 前言79-80
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分80-83
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑80-81
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法81-83
• 4.3 結(jié)果與討論83-91
• 4.3.1 基于熒光碳量子點(diǎn)納米開關(guān)檢測ACP活性的原理83-84
• 4.3.2 基于碳量子點(diǎn)納米開關(guān)的ACP活性檢測策略的評(píng)價(jià)84-87
• 4.3.3 基于碳量子點(diǎn)納米開關(guān)定量檢測PPi87-89
• 4.3.4 熒光法實(shí)時(shí)檢測ACP活性89-91
• 4.4 結(jié)論91-93
• 參考文獻(xiàn)93-96
• 第五章 基于碳量子點(diǎn)熒光法檢測AChE活性和抑制劑篩選96-113
• 5.1 前言96-98
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分98-99
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑98
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法98-99
• 5.3 結(jié)果與討論99-108
• 5.3.1 基于碳量子點(diǎn)的AChE活性檢測及抑制劑篩選原理100-101
• 5.3.2 Cu~(2+)猝滅碳量子點(diǎn)熒光及硫代膽堿使熒光恢復(fù)101-103
• 5.3.3 基于碳量子點(diǎn)熒光法檢測AChE103-107
• 5.3.4 AChE抑制劑篩選107-108
• 5.4 結(jié)論108-110
• 參考文獻(xiàn)110-113
• 第六章 多巴胺功能化碳量子點(diǎn)檢測TYR活性和抑制劑篩選113-138
• 6.1 前言113-114
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分114-117
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑114-115
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)方法115-117
• 6.3 結(jié)果與討論117-134
• 6.3.1 基于多巴胺-碳量子點(diǎn)的TYR活性檢測原理117-119
• 6.3.2 多巴胺-碳量子點(diǎn)的合成與表征119-123
• 6.3.3 基于多巴胺-碳量子點(diǎn)檢測TYR活性策略評(píng)估123-125
• 6.3.4 熒光法實(shí)時(shí)監(jiān)測TYR活性125-129
• 6.3.5 TYR的抑制劑篩選129-130
• 6.3.6 細(xì)胞毒性測試和細(xì)胞內(nèi)傳感130-134
• 6.4 結(jié)論134-135
• 參考文獻(xiàn)135-138
• 第七章 結(jié)論138-139
• 碩士期間取得的研究成果139-140
• 致謝140-141

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