發(fā)布時間：2018-12-07 19:57

【摘要】：隨著信息技術與生物工程技術的不斷發(fā)展,生物傳感器展現(xiàn)出了越來越大的應用潛力。當今各發(fā)達國家都把生物傳感器列為21世紀的關鍵技術,并給予了高度的重視。相比于傳統(tǒng)實驗室復雜費時的檢測方法,新型生物傳感器具有高選擇性,高靈敏度以及快速、微型化、低成本等優(yōu)點,不僅被廣泛用于環(huán)境污染物監(jiān)測、食品安全領域、生物和醫(yī)學領域,而且在空間生命科學、軍事、航天遙感等方面也表現(xiàn)出巨大的應用前景。然而隨著檢測對象的日益多樣化、復雜化,生物傳感方法和分析技術也面臨著新的需求與挑戰(zhàn)。近年來,納米材料成為了科學研究者的熱門研究對象,納米尺寸物質擁有與塊體材料迥然不同的性質,有的甚至發(fā)生了質變,正是由于性質的特異性,納米尺度材料引發(fā)了人們的廣泛關注。功能化納米材料表現(xiàn)出許多優(yōu)點,比如比表面積大,催化活性高,生物相容性良好等等,因此可以作為敏感元件用于生物傳感器的構建,這為構建高選擇性、高靈敏、快速高效的生物傳感器提供了新的設計思路。在查閱大量相關文獻的基礎上,圍繞功能化納米材料在生物傳感器方面的相關應用,本論文主要研究了幾種新型納米傳感器在生物分析中的應用。具體工作如下:第一章:圍繞生物傳感器和納米材料對他們的概念、特點、分類及應用意義展開了詳細的介紹。第二章:成功開發(fā)了一種新型,簡單和超靈敏的基于內濾效應(IFE)的熒光分析方法用以檢測腫瘤標記物β-葡萄糖醛酸酶(GLU)。發(fā)射綠色熒光的氮摻雜的碳量子點(N-CQDs)被用做內濾效應中的熒光團,并且對硝基苯基-β-D-吡喃葡糖醛酸苷(PNPG)用做GLU的底物,GLU催化底物PNPG產生的水解產物對硝基苯酚(PNP)作為內濾效應中的干擾器來猝滅N-CQDs的熒光。這樣通過N-CQDs的熒光強度的變化即成功實現(xiàn)了對GLU的活性檢測。最后我們還將此方法成功應用于天然產物中的藥物篩選。第三章:成功設計了一種比率型熒光探針,其中包含碳量子點(CDs)作為傳感信號和羅丹明B(RhB)作為參照信號,用來快速靈敏的檢測汞離子(Hg~(2+))和谷胱甘肽(GSH)。此納米傳感器在單一激發(fā)波長下會同時顯示出CDs和RhB的特征熒光發(fā)射峰。此功能化的CDs通過組氨酸和檸檬酸鈉的一鍋熱解法首次在我們的實驗室中合成。在Hg~(2+)的存在下,由于Hg~(2+)和CDs表面上的官能團之間的電子轉移,導致CDs的熒光發(fā)生猝滅。隨后,隨著加入的GSH越來越多,CDs-Hg~(2+)體系的熒光逐漸得到恢復,這是因為GSH可以競爭性的從CDs表面奪取Hg~(2+),在整個過程中,RhB的熒光強度一直保持不變,通過檢測兩個熒光峰值的比值變化即可實現(xiàn)對GSH的比率型檢測,這可以有效地排除許多背景干擾。最后該方法成功應用于小鼠的氧化應激模型研究。第四章:本實驗基于農藥殘留對于堿性磷酸酶(ALP)的抑制性,將堿性磷酸酶同Ag0-Ag_3PO_4納米酶結合實現(xiàn)的雙重信號放大策略成功應用在了蔬菜中的農藥殘留的超靈敏比色檢測。在實驗中,Ag+可以被ALP催化底物產生的抗壞血酸(AA)還原為Ag納米顆粒,然后Ag納米顆粒沉積在菱形十二面體Ag_3PO_4的表面上形成Ag0-Ag_3PO_4復合納米酶,大大提高了光催化活性,從而將TMB直接氧化為oxTMB。通過測定ox TMB的吸光度大小,就可以轉換成ALP的活性大小,從而實現(xiàn)對農藥殘留的定量檢測。
[Abstract]:With the development of information technology and bioengineering technology, the biosensor has shown increasing application potential. In today's developed countries, the biosensor is listed as the key technology of the 21st century, and it has given a high degree of attention. Compared with the traditional laboratory complex and time-consuming detection method, the novel biosensor has the advantages of high selectivity, high sensitivity, high speed, miniaturization, low cost and the like, and is not only widely used in environmental pollutant monitoring, food safety, biological and medical fields, but also has great application prospect in the aspects of space science, military and space remote sensing. However, with the increasing diversification of the detection object, the biological sensing method and the analysis technology are also facing new demands and challenges. In recent years, the nano-scale material has become a hot research object of the scientific researchers. The functionalized nano-material has many advantages, such as large specific surface area, high catalytic activity, good biocompatibility, and the like, and can be used as a sensing element for the construction of a biosensor, The rapid and efficient biosensor provides a new design thought. On the basis of consulting a large number of relevant literature, the paper mainly studies the application of several new kinds of nano-sensors in biological analysis. The specific work is as follows: Chapter 1: The concept, characteristics, classification and application significance of the biological sensor and the nano-material are introduced in detail. In the second chapter, a novel, simple and ultra-sensitive fluorescence analysis method based on the internal filtering effect (IFE) was successfully developed to detect the tumor markers of the glucose-glucuronase (GLU). A nitrogen-doped carbon quantum dot (N-CQDs) that emits green fluorescence is used as a fluorophore in the internal filtering effect, and a p-nitrophenyl-1-D-ethanone-glucuronate (PNPG) is used as a substrate for GLU, The hydrolysis product produced by the GLU catalytic substrate PNPG is used as a disturbance device in the internal filtering effect to destroy the fluorescence of the N-CQDs. Thus, the activity detection of GLU was successfully achieved by the change in the fluorescence intensity of the N-CQDs. Finally, we have successfully applied this method to drug screening in natural products. In the third chapter, a ratio-type fluorescent probe was successfully designed, in which the carbon-content sub-point (CDs) of the bag was used as a reference signal for sensing the mercury ions (Hg ~ (2 +)) and the glutathione (GSH). The nano-sensor will show the characteristic fluorescence emission peak of CDs and RhB at the same time under a single excitation wavelength. This functionalized CDs is first synthesized in our laboratory by a pot-thermal solution of histidine and sodium citrate. In the presence of Hg ~ (2 +), the fluorescence of CDs was destroyed due to the electron transfer between the Hg ~ (2 +) and the functional groups on the surface of the CDs. Then, with the increasing of GSH, the fluorescence of the system of CDs-Hg ~ (2 +) was gradually restored, because the GSH could capture the Hg ~ (2 +) from the surface of the CDs, and the fluorescence intensity of RhB remained unchanged throughout the process. The detection of the ratio of GSH can be achieved by detecting the ratio change of the two fluorescence peaks, which can effectively eliminate many background interference. Finally, the method was successfully applied to the oxidative stress model of mice. In the fourth chapter, based on the inhibition of the pesticide residue on the alkaline phosphatase (ALP), the double signal amplification strategy of the alkaline phosphatase and the Ag0-Ag _ 3PO _ 4 nano-enzyme is successfully applied to the ultra-sensitive colorimetric detection of the pesticide residue in the vegetables. In the experiment, the Ag + can be reduced to Ag nanoparticles by the ascorbic acid (AA) generated by the ALP catalytic substrate, and then the Ag nanoparticles are deposited on the surface of the diamond dodecahedron Ag _ 3PO _ 4 to form the Ag0-Ag _ 3PO _ 4 composite nano-enzyme, so that the photocatalytic activity is greatly improved, and the TMB is directly oxidized into the oxyTMB. By measuring the absorbance of the ox TMB, the activity of the ALP can be converted, and the quantitative detection of the pesticide residue can be realized.
【學位授予單位】：曲阜師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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