明胶包覆及氧化石墨烯协同银纳米粒子增强铽离子荧光检测多巴胺

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多巴胺(DA)是重要的儿茶酚胺类神经递质之一,在多种认知功能中起着至关重要的作用。许多神经退行性疾病如帕金森氏病、亨廷顿氏病和阿尔茨海默氏病等均与DA水平异常密切相关,监测个体中DA含量的波动对于及早发现与神经退行性应激相关的疾病非常重要。一方面,血液和尿液等生物环境中DA的含量非常低;另一方面,生物流体中的许多共存物质,例如抗坏血酸,尿酸和肾上腺素等,可能对DA的检测造成干扰。因此,发展高灵敏、高选择性检测DA的方法意义重大。金属增强荧光(MEF)源于荧光团与金属纳米粒子表面等离子激元共振(SPR)的近场相互作用。银纳米粒子(AgNPs)具有较强的表面等离子体共振效应,是实现MEF的理想衬底材料。荧光团与金属纳米粒子之间的距离是影响MEF作用的重要因素,通过对纳米粒子进行包覆修饰或者引入间隔试剂来控制其距离均能够实现较大的荧光增强效应。稀土发光离子如Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)等具有显著的特点,它们的发射光谱谱窄、具有微秒级的荧光寿命以及较大的Stokes斯托克斯位移。DA具有邻苯二酚结构,可以与稀土发光离子如Tb(Ⅲ)发生配位作用,构建稀土荧光探针。明胶携带多种化学基团、对金属表面具有高亲和力,适合作为AgNPs的包覆剂来改善其性能。氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)具有刚性平面,水溶性好,化学官能团丰富,其表面的羟基和羧基可与Tb(Ⅲ)进行配位。本论文旨在研究明胶(gel)包覆银纳米粒子(AgNPs@gel)及GO协同AgNPs对Tb(Ⅲ)-DA配合物的荧光增强作用,以提高DA的检测灵敏度。本论文共分为三章。第一章为绪论,概述了 DA检测方法的研究进展,并对金属增强荧光作用的原理及银纳米粒子表面增强荧光的应用、稀土荧光敏化方法的研究进展、以及GO用于多巴胺检测的研究进行了简要综述。第二章基于AgNPs@gel对Tb(Ⅲ)发光的MEF效应构建了 一种复合荧光探针,实现DA的高灵敏和选择性检测。我们调控了银纳米粒子(AgNPs)与明胶的质量比,并依据其荧光增强作用进行了筛选,研究发现当AgNPs与gel质量比为0.08时,AgNPs@gel对Tb(Ⅲ)-DA配合物具有最大荧光增强效应。AgNPs@gel作为MEF的基底材料,明胶作为Tb(Ⅲ)-DA配合物与AgNPs之间的桥连物质,可使得荧光团与基底之间的距离适当,促进MEF效应,显著增强了Tb(Ⅲ)发光强度。另外,明胶的包覆作用可以有效地改善AgNPs的聚集作用,而且明胶含有丰富的化学官能团如羟基和羧基等,又可以与Tb(Ⅲ)产生配位相互作用,取代其周围的部分水分子,降低非辐射衰减率,减少非辐射跃迁,进一步促进荧光增强作用,提高了DA检测灵敏度。研究表明,该复合探针对DA具有较高的选择性,多种氨基酸和无机盐对DA的测定基本不产生干扰,具有良好的抗干扰能力。采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱、量子化学计算和荧光寿命等方法研究了体系荧光增强机理,采用红外光谱、拉曼光谱、共振光散射光谱和TEM等手段探究了 AgNPs@gel、Tb(Ⅲ)和DA之间的相互作用机理。第三章在AgNPs增强Tb(Ⅲ)荧光作用基础上引入GO,通过GO与AgNPs的协同作用进一步增强Tb(Ⅲ)发光,从而实现对多巴胺的高灵敏检测。AgNPs作为MEF基底材料,GO对Tb(Ⅲ)-DA-AgNPs起到固定化作用,GO表面的羟基和羧基参与了与Tb(Ⅲ)的配位,取代部分溶剂水分子,降低非辐射衰减率,促进能量转移。另外,AgNPs吸附于GO表面,其LSPR吸收峰峰带展宽,可以增加与Tb(Ⅲ)的光谱重叠面积,提高了体系的发光效率。另外,GO能提供了刚性平面,限制了分子的自由运动,MEF效应得到更大程度的增加,导致体系荧光的进一步增强。该方法能够检测亚纳摩级浓度水平的多巴胺,其选择性和抗干扰能力较好。利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、TEM、红外光谱等手段,研究了 Tb(Ⅲ)、DA、AgNPs和GO的相互作用机制。本体系开发了利用GO增强荧光的新方法,为构建荧光生物传感器提供了新的思路。
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