【摘要】：生物傳感技術由于其具有選擇性好、響應速度快、成本低和可進行在線分析等優(yōu)點,在實際分析檢測和生物醫(yī)藥領域得到了高度的重視和廣泛的應用。近些年,納米材料由于其獨特的量子尺寸效應、表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等性質(zhì),表現(xiàn)出一系列與常規(guī)尺寸材料不同的光學、力學、磁學和電學等性能,因而在諸多領域發(fā)展迅猛。納米材料與生物傳感技術的相互結合,極大地推動了生命科學、納米科學和生物醫(yī)學等領域的快速發(fā)展。本論文基于上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒(UCNPs)、氧化氫氧化鈷(Co OOH)納米片和熒光金納米簇(Au NCs),發(fā)展低成本、操作簡便和靈敏度高的新型納米生物傳感方法,實現(xiàn)對磷脂酶D(PLD)、小分子、信使RNA(m RNA)和酶活性的靈敏檢測分析,同時實現(xiàn)對癌癥的傳感檢測、成像診斷以及協(xié)同治療。其具體內(nèi)容如下:第2章中,PLD是細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導的重要部分,涉及到重要的生物學過程,PLD在諸多癌癥中異常表達,因而可以視為癌癥中潛在的診斷生物標記物和藥物開發(fā)的靶標。我們發(fā)展了基于磷脂修飾的上轉(zhuǎn)換納米探針用于比率型上轉(zhuǎn)換熒光(UCF)檢測和生物成像PLD活性。納米探針可通過疏水相互作用將聚乙二醇修飾的磷脂和羅丹明B標記的磷脂自組裝在疏水UCNPs表面。納米體系中發(fā)生了從UCNPs的540 nm處UCF發(fā)射與羅丹明B紫外吸收之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)過程。PLD介導的磷酸二酯鍵水解使得羅丹明B遠離UCNP表面,導致FRET過程受到抑制。使用不受影響的655 nm處UCF發(fā)射作為內(nèi)標,納米探針可以高靈敏和選擇性地比率型UCF檢測PLD活性。此納米探針還可以檢測細胞裂解液中PLD活性,證實在乳腺癌細胞中PLD活性比正常乳腺細胞高出7倍。而且該納米探針還可以通過UCF生物成像來實現(xiàn)活細胞中PLD活性檢測。實驗結果證明,該納米探針提供了簡單、靈敏和穩(wěn)定的生物傳感平臺,可用于生物醫(yī)學領域中即時診斷和藥物篩選。第3章中,抗壞血酸(AA)在很多生物化學過程中是一個關鍵的微量物質(zhì),并且容易清除活性氧。我們發(fā)展了Co OOH納米片修飾的上轉(zhuǎn)換納米體系用于熒光檢測人血漿中AA活性。納米體系的組成是UCNPs作為能量供體,在UCNPs表面形成的Co OOH納米片作為有效的能量受體。在體系中,UCNPs的熒光發(fā)射與Co OOH納米片的紫外吸收之間發(fā)生了FRET過程。AA介導的特異性還原反應將Co OOH納米片還原成Co2+,抑制FRET過程,UCF發(fā)射得到恢復。納米體系可以用來靈敏和選擇性地檢測AA活性。由于UCNPs極小的背景干擾,納米體系可以應用于檢測人血漿樣品中AA水平,并且有較為滿意的結果。該方法潛在地提供了一個用于aa相關疾病的研究和臨床診斷的分析平臺。第4章中,多功能納米顆粒平臺通常集合生物傳感、成像診斷和治療等多種作用于一體,對生物納米醫(yī)學和癌癥臨床診斷治療有著非常重要的意義。我們發(fā)展了基于多功能聚多巴胺(pda)修飾的上轉(zhuǎn)換納米體系用于檢測細胞內(nèi)mrna和成像介導光動力學-光熱治療(pdt-ptt)協(xié)同作用。納米體系可以通過分步包覆修飾的方法合成,首先在疏水性ucnps表面包覆一層薄sio2殼層,并摻雜光敏劑亞甲基藍(mb),形成ucnp@sio2-mb。繼續(xù)包覆一層pda殼,即可制備核-殼-殼結構ucnp@sio2-mb@pda。由于pda具有吸附單鏈dna(ssdna)并淬滅ssdna上標記染料熒光的性質(zhì),且對雙鏈dna(dsdna)吸附能力較弱,可構建ucnp@sio2-mb@pda-hpdna納米探針,用來檢測細胞內(nèi)mrna,實現(xiàn)所構建納米探針的檢測傳感和成像診斷性能;此外,通過ucnps與mb間的fret過程,使得ucnp@sio2-mb@pda具有pdt功效;再者,由于pda有強的紫外可見吸收,ucnps的800nm熒光發(fā)射峰可用來激發(fā)pda產(chǎn)生光熱效應,因而ucnp@sio2-mb@pda具有ptt功效。本章中所發(fā)展的多功能pda修飾的上轉(zhuǎn)換納米體系可將生物傳感、成像診斷和多功能治療作用集于一體,為設計新型多功能用于生物醫(yī)藥成像研究的納米復合物提供了有效的策略。第5章中,多聚核苷酸激酶(pnk)催化核苷酸5’-oh末端的磷酸化作用是不可避免的過程,且涉及到諸多重要的細胞生理活動。我們首次發(fā)現(xiàn)coooh納米片對ssdna和dsdna吸附有顯著差別,導致熒光染料標記的dsdna與coooh納米片作用后仍具有強的熒光發(fā)射,而ssdna熒光信號則被coooh納米片淬滅。結合λ外切酶水解反應,我們發(fā)展了基于coooh納米片的納米探針用于熒光檢測t4pnk活性及抑制劑作用。在t4pnk存在下,染料標記的dsdna被磷酸化,接著被λ外切酶水解,產(chǎn)生染料標記的ssdna,可以吸附在coooh納米片上,導致熒光被coooh納米片淬滅。由于coooh納米片的高淬滅能力,使其可以作為有效的能量受體,成功構建了高靈敏和選擇性地檢測復雜生物學樣品中t4pnk活性的方法,且可以應用于篩選抑制劑。本文發(fā)展的方法對于核酸激酶相關疾病研究、臨床診斷和藥物發(fā)現(xiàn)具有很大的應用潛能。第6章中,2,4,6-三硝基甲苯(tnt)是硝基芳香族爆炸物中的典型代表物質(zhì),對于環(huán)境安全問題和人類健康問題有著顯著的影響。我們發(fā)展了基于谷胱甘肽修飾的熒光金納米簇(gsh-auncs)納米探針用于靈敏地熒光檢測tnt含量。在所構建的納米體系中,gsh-auncs納米探針中伯氨基基團孤對電子可以作為較好的電子供體,而目標物tnt中含有3個硝基吸電子基團可以作為較好的電子受體,通過電子供體-受體間特異性識別作用,可形成穩(wěn)定的meisenheimer復合物,以fret和形成團聚體的形式對gsh-auncs熒光進行雙重淬滅。所構建的熒光傳感方法,可以實現(xiàn)對tnt靈敏檢測,且可用于檢測實際環(huán)境樣品中tnt含量。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.3;TB383.1

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