Ag@SiO2核壳纳米粒子增强荧光的分析应用

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金属增强荧光(Metal-Enhanced Fluorescence, MEF)是指当荧光物质分布于贵金属或贵金属纳米粒子的表面一定距离时,其荧光发射强度与其自由态荧光发射强度相比,有大幅度增加的现象。MEF在荧光共振能量转移免疫分析、DNA测序、单分子荧光检测、荧光探针等生物分析领域有着广泛的用途。金属纳米材料因为其特殊的局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)性质,在生物工程、医学、材料科学领域都有广阔的应用前景。其中银纳米材料由于局域电磁场的增强效果显著,散射面积比较大,高的折射灵敏度,使其受到越来越多的关注。但是由于稳定性差、容易团聚等缺点,在实际应用方面也受到了一定程度的限制。通过合成核壳型结构纳米材料可对银纳米粒子进行表面改性,提高粒子的稳定性和调控银纳米粒子与荧光基团的距离以使其达到最佳的荧光效率,对于推广其实际应用有着重要的意义。而二氧化硅不仅稳定性较高、生物相容性好,而且表面易于化学修饰,使其成为优良的壳材料。基于金属增强荧光的距离调制效应,本论文在Ag纳米粒子表面包覆了8nm左右的Si02壳,通过Si02壳控制荧光分子和Ag纳米粒子的距离,实现金属增强荧光,分别建立了三磷酸腺苷(ATP)和乙酰胆碱酯酶(AChE)测定新方法。本论文主要的内容如下:第一章为绪论,主要是对MEF的机理和研究现状、金属核壳型纳米材料的优点、制备和应用等方面进行了概述。在第二章中,利用Ag@SiO2核壳纳米粒子增强荧光现象,建立了一种测定ATP的分析方法。首先,采用抗坏血酸还原法得到粒径约为50±3nm的银纳米颗粒(AgNPs),接着运用经典的Stober法,在醇相条件下,通过控制正硅酸乙酯(TEOS)的浓度,制备出二氧化硅壳层厚度为8±lnm的银/二氧化硅纳米粒子(Ag@SiO2)。然后,把5’端修饰有-NH2的互补DNA (cDNA)探针固定在Ag@SiO2表面,再和3’端标记有Cy5且能与ATP结合的适配体(aptamer-Cy5)杂交。使得Cy5与AgNPs之间的距离控制在8nm左右,此时,Cy5的荧光增强了32倍。当加入目标分子ATP时,由于aptamer-Cy5与ATP有高度的亲合力,aptamer-Cy5与ATP结合,而从Ag@SiO2表面解离,使得aptamer-Cy5与AgNPs之间的距离变得不可控,致使增强的Cy5荧光又减弱。这样一种“开关”式的检测模式,使得这种方法变得灵敏有效,测定ATP的检出限为8gM,线性范围为0-0.5mM。对血液中的ATP进行了测定,加标回收率为89~94%,证实了此法的有效性。在第三章中,利用Ag@SiO2核壳纳米粒子增强荧光现象,建立了一种测定AChE活性的方法,并用于筛选AChE抑制剂。检测原理主要是基于AChE催化水解以及静电吸附作用。由于AChE能催化水解底物氯化硫代乙酰胆碱(ATChCl),生成带正电的巯基胆碱(TCh),而Ag@SiO2核壳纳米粒子的二氧化硅壳带有负电荷,通过静电作用,将带有正电的TCh吸附上去。在pH=7.5时,染料8-羟基芘-1,3,6-三磺酸(HPTS)带负电荷。由于静电吸附作用,通过与带有正电荷TCh之间的相互作用,带负电荷HPTS便被吸附到Ag@SiO2核壳纳米粒子的表面,产生MEF现象。因此,利用这一现象可以测定AChE的活性,进一步可以进行AChE抑制剂的筛选。该方法检测AChE活性的检出限为0.00005U/mL。选择了两种与AChE结合能较低的抑制剂他克林与异嗪皮啶,通过实验,比较二者的ICso值,他克林的IC50为9.9±0.4nM,而异嗪皮啶的IC50为16.5±0.6nM,因此,他克林对AChE的抑制效果更好。
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