铜纳米簇荧光探针的合成及在生物分子检测中的应用

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金属纳米簇是由几个到数百个金属原子堆积而成的尺寸小于2nm的金属纳米簇。与传统半导体量子点相比,其具有尺寸更小、斯托克斯位移更大、毒性低、荧光量子产率高、生物相容性好、化学稳定性和光稳定性高等优异性质,从而引起国内外科研人员的广泛关注。目前,主要的金属纳米簇有金、铂、银等贵金属纳米簇和铜纳米簇。相比贵金属纳米簇,铜纳米簇具有原料易得、制备成本低、毒性小等优点,因而铜纳米簇作为新兴的荧光探针在生物传感、细胞成像、医疗诊断等领域显示出良好的应用前景。本文采用“一锅法”合成以生物蛋白为模板的铜纳米簇,并对反应条件进行优化,并将其发展为一种新型、高效的荧光探针应用于实际样品的检测。主要研究内容和创新点如下:  (1)基于静态猝灭机理,我们发展了一种选择性检测叶酸的方法,并将该方法应用于食品和生物样品中叶酸的检测。在本工作中,卵清蛋白作为合成模板,通过“一锅法”直接在水溶液中使用水合肼这种温和的还原剂将Cu2+还原,得到红色荧光发射的铜纳米簇。该方法合成的铜纳米簇具有尺寸小、光学性质优异、生物相容好等优点,其平均粒径约为2.0nm、荧光最大发射波长约为625nm,且在水溶液中具有良好的分散性。由于水合肼兼具还原性和碱性,通过控制水合肼的加入量即可调控反应体系的pH值,因此不再需要单独的pH调节过程,使得整个制备过程非常方便、简单、快速。此外,卵清蛋白非常廉价易得,使得该铜纳米簇荧光探针的制备与使用成本低于贵金属纳米簇探针,非常适用于生物样品的检测,将其用于免标记检测叶酸得到了良好的效果,该检测的线性范围为0.5μM-200μM,检测限为0.18μM。此外,本方法也成功地应用于检测实际样品中叶酸,加标回收率为96.9%-100.9%。  (2)基于动态猝灭机理,我们发展了一种选择性识别和检测糖蛋白的方法,并将该方法应用于生物样品中糖蛋白的检测。本工作中,在上一个工作的基础上,我们合成了以牛血清白蛋白为模板的铜纳米簇,并且进一步用间氨基苯硼酸功能化,使其能够选择性识别糖蛋白。在水溶液中,室温下铜离子被水合肼直接还原成铜纳米簇。由于没有加热和调节pH值等复杂的步骤,合成过程非常快速、简单、易于控制。该间氨基苯硼酸功能化的铜纳米簇在630nm处发射出荧光,可以有效的避免生物样品中的自体荧光干扰。由于间氨基苯硼酸的硼酸基团和糖蛋白的顺式二醇之间的共价反应,该探针能够在复杂的生物体系中,特异性地识别糖蛋白;而基于电子转移机理,糖蛋白样品能够对该铜纳米簇探针有显著的荧光猝灭效应,故可将该间氨基苯硼酸功能化的铜纳米簇作为选择性识别探针,用于选择性捕获和敏感性识别检测糖蛋白,检测的线性范围为5-220nM,检出限2.60nM。该方法也成功地应用于检测蛋清和人的尿液样本中的糖蛋白,加标回收率在95%至104%。
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