發(fā)布時間：2020-09-25 11:59

　　 當生命體處于正常狀態(tài)時,機體內(nèi)氧化物質(zhì)的產(chǎn)生、消逝和抗氧化物質(zhì)的產(chǎn)生、消逝處于動態(tài)平衡。此時,適量產(chǎn)生的活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)對細胞內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)、信號傳導等具有重要的生理意義。但是當機體受到一些外源性或內(nèi)源性刺激時,會使得活性氧正常的代謝過程被中斷,造成活性氧爆發(fā),使得氧化應激產(chǎn)生。氧化應激的發(fā)生通常會引發(fā)一系列的嚴重的后果:加快機體的衰老、體內(nèi)酸堿平衡的紊亂以及多種疾病的發(fā)生。因此開發(fā)一系列選擇性好、響應速度快、靈敏度高以及穩(wěn)定性優(yōu)良的檢測探針和分析方法用于細胞內(nèi)活性氧及其相關物質(zhì)的分析檢測,對于我們解析氧化應激過程以及氧化應激相關過程是具有深遠意義的,同時,還能進一步闡述活性氧和活性氧相關物質(zhì)在生理病理過程中扮演的角色,這對幫助我們進行某些疾病的早期檢查、治療和預防具有非常重要的意義。大腦作為神經(jīng)系統(tǒng)的指揮官,控制著人們各種各樣的生理活動,而這些活動大部分都是由組成大腦的神經(jīng)元通過信號傳導調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。同時在某些刺激條件下,神經(jīng)元產(chǎn)生的信號變化又會映射大腦中,引起某些腦功能的變化,進一步引起某些生理功能的一些變化,嚴重時會導致疾病的發(fā)生,如大腦缺血損傷、腦梗以及帕金森病等。因此,在對細胞進行分析檢測的基礎上,構筑一種探針可以同時應用于大腦層次和細胞水平中的檢測,對理解活性氧及其相關物質(zhì)在這些疾病的生理過程所起到的作用有著進一步的解析。這對指導這些疾病的診療具有非�，F(xiàn)實的意義。本論文為研究活性氧及其相關物質(zhì)在氧化應激過程中的作用和聯(lián)系提供了新的研究方法,并且完成從細胞到活體鼠腦的遞增,進一步剖析了活性氧及其相關物質(zhì)在相關刺激模型中的變化。具體研究內(nèi)容如下:(1)比率型SERS探針用于細胞內(nèi)的ClO~-和GSH成像以及傳感。在本工作中,我們首先篩選了一種可以對ClO~-和GSH進行循環(huán)檢測的特異性響應分子4-MP,然后將4-MP修飾在我們合成的納米金花表面構筑出一種單分子比率型SERS探針(AuF/MP)。4-MP表面的羥基基團在ClO~-和GSH存在的情況下會發(fā)生變化,引起SERS光譜的改變。隨著ClO~-濃度的升高,AuF/MP SERS光譜中635 cm~(-1)處的峰值會增加,而在1077 cm~(-1)處峰則會降低。當加入GSH后,AuF/MP SERS光譜會恢復,說明AuF/MP在檢測ClO~-后也可以用于GSH的測定。此外,在檢測過程中822 cm~(-1)處的峰值基本保持不變,可作為內(nèi)標峰,形成比率型探針,為ClO~-和GSH的檢測提高準確度。該探針具有高選擇性、高準確度和高靈敏度的特點,成功應用于細胞處于氧化應激下,細胞內(nèi)ClO~-和GSH的變化。(2)比率型SERS探針用于細胞內(nèi)pH成像及生物傳感。在本工作中,我們設計開發(fā)了一種比率型SERS探針,可用于細胞內(nèi)pH檢測和成像。我們同樣利用納米金花作為拉曼增強基底材料,選擇了MBA作為pH特異性識別元件。MBA表面的羧基基團在不同pH值下的變化,會引起探針SERS峰形的變化。當pH升高時,1391 cm~(-1)處的峰會升高,1700 cm~(-1)處的峰則會降低,當pH下降時,則會出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。因此根據(jù)I_(1391)/I_(1700)的比值隨pH的變化達到對pH檢測的目的。該探針具有極高的靈敏性、穩(wěn)定性以及準確性,已經(jīng)成功應用于研究不同刺激下,細胞內(nèi)pH的變化情況。(3)一種可實時定位、同時檢測小鼠腦中碳酸根和pH的SERS光生理學探針。在本工作中,我們首先構建了從納米尺寸到微米尺寸的玻璃金錐(Au-QT)作為SERS增強基底來滿足不同的檢測需求。然后我們將CO_3~(2-)和pH各自的特異性識別分子(CO_3~(2-):AT;pH:MBA)以及參比分子(MBN)修飾在玻璃金錐上、構建出SERS光生理探針,實現(xiàn)了CO_3~(2-)和pH的同時測定分析。同時,由于在SERS檢測中,沒有電信號的應用,不會對神經(jīng)元放電產(chǎn)生影響,所以我們將SERS檢測和電生理技術進行聯(lián)用,實現(xiàn)了化學信號和電信號的同時獲取。最后,具有選擇性高、穩(wěn)定性好、準確度高以及生物相容性好的SERS光生理探針被成功運用于鼠腦缺血狀態(tài)下鼠腦皮層中CO_3~(2-)和pH的實時檢測和成像。并且,為了進一步研究單細胞水平的缺血機制,納米級別的SERS光生理探針也被應用于單個神經(jīng)元中的測定。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O657.37;TP212.3
【部分圖文】：

脂質(zhì)過氧化自由基（ROO ），單線態(tài)氧（1O2），H2O2）以及次氯酸根離子（ClO-）等。要在線粒體中生成，是需氧型生物體內(nèi)細胞在代謝過程[4]。如圖 1.1 所示，基態(tài)氧可以通過多種方式轉化成各過一個電子的獲取可以被還原成 O2 -（O2+ e-→ O2 -）；還原為 H2O2（O2+ 2H++ 2e-→ H2O2）；O2 -是一種活性極容易發(fā)生單電子還原而生成 H2O2（O2 -+ e-+ 2H+→ H2頓型反應由單電子還原生成 OH（H2O2+ Fe2+→ OH +→ OH+OH-+ Cu2+）；而 OH 這種氧化性極高且不穩(wěn)定的 H2O。另外，從圖中可以看到 H+，F(xiàn)e2+和 Cu2+等離子在活發(fā)揮著各自不同的作用。下面分別對本論文工作中涉及質(zhì)的性質(zhì)和產(chǎn)生方式進行闡述。

華東師范大學博士學位論文的 SERS 光生理探針被成功運用于鼠腦缺血狀態(tài)下鼠腦皮層中 CO32-和 pH 的檢測和成像。并且，為了進一步研究單細胞水平的缺血機制，納米級別的 SERS 光生理探針也被應用于單個神經(jīng)元中的測定。

圖 4.1 SERS 光生理探針用于鼠腦和單個神經(jīng)元中 CO32-和 pH 同時檢測原理圖4.3.2 SERS 光生理探針的表征4.3.2.1 SERS 光生理探針的 SEM 表征

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