【摘要】：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展帶動著生命科學(xué)的發(fā)展,人類對生命科學(xué)的研究認(rèn)識也不斷加深,因此,對一些在生命體中起重要作用的生物分子(如酶、核酸等)進行快速、靈敏、準(zhǔn)確的檢測分析顯得尤為重要。近年來,作為納米技術(shù)核心的納米材料由于其在光學(xué)、電學(xué)、催化等方面獨特的性能,成為了當(dāng)前的研究熱點,它們在光電學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、微電子學(xué)、環(huán)境能源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而納米材料結(jié)合生物傳感器出現(xiàn)的納米生物傳感器,是多個學(xué)科(如化學(xué)、生物、物理學(xué)及納米科學(xué)等)的交叉結(jié)合,使得生物傳感器的發(fā)展朝著能更廣泛應(yīng)用的方向進行。納米生物傳感器所發(fā)展的新穎的檢測原理及傳感機制,使生物傳感器的檢測分析性能得到了極大的提升,在醫(yī)學(xué)診療、食品分析、環(huán)境檢測等領(lǐng)域也有了更廣闊的發(fā)展空間。腺苷酸激酶(ADK),一種重要的磷酸轉(zhuǎn)移酶,在生物體內(nèi)參與催化各類腺嘌呤核苷酸之間的相互轉(zhuǎn)化,維持腺嘌呤核苷酸之間的平衡,從而保持能量平衡并促進高能腺嘌呤核苷酸的儲存及利用。而單核苷酸多態(tài)性(SNP)是指單個核苷酸突變所造成的核苷酸序列的多態(tài)性,在人類基因組中單堿基多態(tài)性是主要的變異形式之一,同時也是最為常見的基因變異,它與基因功能的研究有著很重要的聯(lián)系,可以為基因水平上的疾病診斷和不同個體藥物響應(yīng)研究提供重要依據(jù)。本論文利用二維碳納米材料—石墨相氮化碳納米片(CNNS),建立了一些操作簡單快速、靈敏度高、非標(biāo)記的生物傳感平臺用于重要的疾病標(biāo)志腺苷酸激酶(ADK)與單核苷酸多態(tài)性(SNP)的檢測分析。研究的具體內(nèi)容如下:在第2章中,我們發(fā)展了一種新型的基于CNNS的生物傳感平臺用于簡單,靈敏且非標(biāo)記的ADK檢測。當(dāng)Cu~(2+)加入到CNNS溶液中時,由于光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)作用使得納米片的熒光猝滅。再加入二磷酸腺苷(ADP)時,由于ADP會與Cu~(2+)作用,使得結(jié)合CNNS的Cu~(2+)減少,導(dǎo)致微弱的熒光恢復(fù)。加入ADK后,ADP會轉(zhuǎn)化為三磷酸腺苷(ATP)以及單磷酸腺苷(AMP)(2ADP?ATP+AMP),由于ATP結(jié)合Cu~(2+)的能力比ADP更強,能阻止Cu~(2+)跟納米片的結(jié)合,使得熒光恢復(fù)。通過測量熒光信號的變化可以高靈敏地檢測ADK。本章發(fā)展的分析方法對ADK的檢測下限為0.06 U/mL。該傳感器有望在與ADK相關(guān)的臨床診斷和生物醫(yī)學(xué)研究方面提供一個高效,高靈敏且非標(biāo)記的分析檢測平臺。在第3章中,我們證明了單鏈DNA(ssDNA)能增強CNNS的類過氧化物酶的活性并將該性質(zhì)應(yīng)用于SNP檢測。由于ssDNA能夠吸附在CNNS表面形成一種穩(wěn)定的復(fù)合材料,當(dāng)正電荷的底物3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)存在時,ssDNA將通過靜電引力和芳香環(huán)的堆疊與TMB結(jié)合,從而增強了納米片的過氧化物酶活性。利用DNA能增強納米片的催化氧化活性這一特點,我們將這種納米酶用于SNP的比色檢測。通過核酸與納米技術(shù)的功能化結(jié)合,本章中提出的方法不僅為核酸的檢測提供了一個新的平臺,還能應(yīng)用于不同的目標(biāo)分子進行檢測研究。
【圖文】：

烯的結(jié)構(gòu)相似，所以被稱為類石墨烯納米材料。不管是在學(xué)術(shù)研究上，這些石墨烯以及類石墨烯納米材料在最近幾年都得到極大的發(fā)特別是生物傳感方向的應(yīng)用。圖 1.1 A，Wu 等[13]基于氧化石墨烯（GO）設(shè)計了一種納米信標(biāo)用化分析。文章中設(shè)計了一條單熒光標(biāo)記的發(fā)夾鏈 HP，和兩條寡核苷 B 鏈，兩條鏈都能與發(fā)夾 HP 雜交使得發(fā)夾打開且有粘性末端的生于 50oC 時，雜交鏈會解鏈，HP 的熒光會被 GO 猝滅，而當(dāng)有多核NK）時，這個粘性末端會被連接酶連接而形成穩(wěn)定的雙鏈結(jié)構(gòu)，在會解鏈且熒光信號很強，通過檢測熒光信號的變化能夠定量檢測 PB，Peng 等[14]利用 MoS2/石墨烯的復(fù)合納米材料構(gòu)建了檢測葡萄糖葡萄糖氧化酶（GOx）跟復(fù)合納米材料結(jié)合，利用 GOx 能氧化葡萄酸和 H2O2，，由于 MoS2/石墨烯的復(fù)合納米材料具有類過氧化物酶活2O2催化氧化 TMB，能肉眼看到顏色變化，通過對產(chǎn)物的紫外吸收實現(xiàn)葡萄糖的定量分析，該方法還能進一步應(yīng)用于人血清中葡萄糖高選擇性的檢測。

于石墨烯的非金屬有機聚合物半導(dǎo)體，它可以被看作是氮原子將石墨烯原子有規(guī)律地取代后的物質(zhì)，是一種具有特殊性質(zhì)的半導(dǎo)體材料。如，目前有兩種 CNNS 的模型被人們接受，分別是面內(nèi)由三嗪環(huán)（C3N3嗪環(huán)（C6N7）構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)構(gòu)成為：通過碳原子、氮原子的 sp2雜環(huán)之間通過末端的 N 原子相連而形成無限延伸的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，層與層之間力作用而形成與石墨烯片層相似的平面結(jié)構(gòu)，且每層結(jié)構(gòu)中碳氮鍵的鍵能都等同，類似于苯環(huán)的結(jié)構(gòu)單元，相鄰的層之間的間距約為 0.326 n發(fā)現(xiàn)，與石墨烯零帶隙不同的是 CNNS 的帶隙值近似 2.7 eV，而且其具缺陷以及氮原子孤對電子對，使得 CNNS 在光催化、光降解等方面表現(xiàn)烯明顯的不同，使其在傳感及催化領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。在 2009 年授首次報道了 CNNS 可作為高效的光催化劑用于分解水來制得氫氣[16]部分含有重金屬的光催化劑，CNNS 作為一種非金屬的光催化劑在環(huán)境合理利用等方面具有更大的優(yōu)勢[17-19]。目前已有很多科學(xué)家對 CNNS的及其在光催化、生物成像、藥物傳遞等方面做了大量的研究，下面主要S 的制備以及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.3;TP212.3

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本文編號：2607729