基于银纳米团簇和碳点的光寻址生化传感器对多巴胺和谷胱甘肽的多通道检测研究及其在帕金森病诊断中的应用

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随着我国人口老龄化的加剧,帕金森病(Parkinson’s diseases,PD)患病总人数持续高速增长。帕金森病严重威胁了人们的身体健康和生活质量,因此对帕金森病及时准确地诊断和治疗显得尤为重要。PD作为一种常见的由神经细胞退化引起的神经系统疾病,会造成中枢神经系统中多巴胺能神经元损伤,直接导致患者体内多巴胺(dopamine,DA)含量降低,因此可以通过对DA的高精度检测实现对PD的诊断。而谷胱甘肽(glutathione,GSH)作为脑内重要的抗氧化剂,其含量的降低与多巴胺能神经元的损伤同样有着紧密的联系,所以PD患者体内GSH含量也会随着病情的发展而逐渐降低,因此对患者体内GSH的高精度检测可以提供更多的病情信息,从而提高PD诊断的准确性。因此实现对DA和GSH的高精度检测可以更准确、更全面地对PD进行诊断和评估。因此,本文构建了光寻址(light-addressable)生化传感器实现了对DA和GSH的多通道、高精度和高选择性检测。首先,为了实现对DA的检测,制备了基于具有5-巯基-2-硝基苯甲酸(5-mercapto-2-nitrobenzoic acid,MNBA)配体的Ag44(SR)30银纳米团簇(silver nanoclusters,AgNCs)。并构建了基于AgNCs的光电化学(photoelectrochemical,PEC)传感器,实现了对DA的检测。同时这也是该AgNCs在DA检测中的首次应用。为了进一步增强传感器的传感性能,将氧化石墨烯(graphene oxide,GO)和银纳米颗粒(silver nanoparticles,AgNPs)引入到AgNCs中,构建了基于AgNCs/AgNPs/GO异质纳米结构的PEC传感器。实验结果表明,AgNPs和GO的引入显著地增强了传感器对DA的传感性能。基于AgNCs/AgNPs/GO的传感器在0.16-6μM DA的线性范围内实现了7.476n A/μM的高灵敏度和53 n M的低检测限(limit of detection,LOD),同时具有良好的选择性,实现了对DA的高精度检测。其次,为了实现对GSH的检测,制备了基于碳点(carbon dots,CDs)的PEC传感器。在0.1-1.0μM GSH的线性范围内,实现了21.79 n A/μM的高灵敏度和34.3 n M的低LOD,从而实现了对GSH的高精度检测。再次,将基于AgNCs/AgNPs/GO和基于CDs的PEC传感器组合并扩展为光寻址生化传感器,实现了DA和GSH的多通道检测。同时,使用数据处理算法解决了测量过程中的分析物相互干扰的问题,提高了传感器对DA和GSH的检测精度。最后,测量了不同PD患病程度的小鼠的生物样品,研究了DA和GSH的浓度与PD患病程度的关系,证明了本文设计的光寻址传感器的实用性。实验结果表明,与DA和GSH试剂盒相比,本文设计的光寻址传感器有着更低定量限(limit of quantitation,LOQ)和更好的稳定性。综上所述,我们设计的光寻址传感器不仅具有灵敏度高、响应速度快、制备简单以及多通道检测等优点,而且未来可以在现有基础上进一步扩展,以检测更多与PD有关的生物量,对PD研究提供的更多信息,从而提高PD诊断的准确性。
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