论文部分内容阅读
贵金属纳米簇(Noble metal nanoclusters, NMNCs)是近年来发现的一类新型的荧光纳米材料,由于其具有独特的光学性质、化学性质和生物相容性等优势而广受关注。目前关于贵金属纳米簇的研究主要集中在两个方面：一是探索不同的合成方法,即通过改变模板分子或合成途径等制备出性质更为优异的贵金属纳米簇；二是研究其光学性能并应用于生化分析和生物成像等领域。本论文主要以寡聚核苷酸为模板的银纳米簇(DNA/Ag)为研究对象,探讨富G碱基的杂交错配情况、包被程度和光辐射对DNA/Ag纳米簇荧光性能的影响,并将制备的DNA/Ag纳米簇作为荧光探针用于对金属阳离子、氰根离子、抗坏血酸和致病DNA序列的检测。此外,论文还开发了一种通过光辐射快速合成荧光性质可调的金纳米簇的方法,并研究了所合成的金纳米簇作为荧光探针在银离子的检测及荧光成像中的应用前景。论文的主要研究工作如下：1.合成了一种新颖的富G碱基增强的双链DNA/Ag纳米簇,并基于Hg2+和Cu2+对双链DNA/Ag纳米簇的荧光猝灭现象,建立了高灵敏的检测Hg2+和Cu2+的荧光分析方法。与单链I)NA/Ag纳米簇相比,双链DNA/Ag纳米簇具有更强和更稳定的荧光,而且用其来检测Hg2+和Cu2‘比用单链DNA/Ag纳米簇来检测Hg2+和Cu2+具有更高的灵敏度。通过使用EDTA做掩蔽剂来掩蔽Cu2+后,以双链DNA/Ag纳米簇为探针还能实现对Hg2+的选择性检测。用该方法测定Hg2+和Cu2+检出限分别为2.1nM和3.4nM,用其检测环境水样中的Hg2+和Cu2+,相对标准偏差分别为4.92～8.04%和2.70～8.25%,回收率分别为98.33～116.67%和94.00～102.50%。2.研究了碱基错配情况对富G碱基双链I)NA/Ag纳米簇荧光性能的影响并合成了一种单碱基错配的富G碱基双链DNA/Ag纳米簇用于氰根离子的检测。实验结果表明,完全互补或错配程度高(碱基错配数大于1)的富G碱基双链I)NA/Ag纳米簇的荧光明显低于单碱基错配的富G碱基双链DNA/Ag纳米簇的荧光；在错配碱基数相同的情况下,则错配位置越接近富G碱基端时,得到的DNA/Ag纳米簇的荧光越强。进一步研究发现,单碱基错配的富G碱基双链DNA/Ag纳米簇的荧光会被氰根离子选择性猝灭。基于这一现象,本文建立了测定氰根离子的定量分析方法。该方法对氰根离子的检测限达到24.6nM,将其用于加标后的环境水样中氰根离子的检测,相对标准偏差为3.17～12.67%,回收率为93.73～108.38%,并具有很好的选择性。3.基于富G碱基序列包被单链DNA/Ag纳米簇程度的不同对富G碱基双链DNA/Ag纳米簇的荧光性质有明显影响的事实,发展了一种用双链DNA/Ag纳米簇选择性检测抗坏血酸的荧光分析方法。实验研究发现包被程度不同的双链I)NA/Ag纳米簇与不同的生物小分子作用后对其荧光的影响也不同。只有一端杂交包被的双链DNA/Ag纳米簇的荧光能被生物小分子如抗坏血酸、多巴胺和半胱氨酸猝灭,而两端都杂交包被,即完全包裹的双链DNA/Ag纳米簇的荧光不能被抗坏血酸猝灭,但可以被多巴胺和半胱氨酸猝灭。基于上述现象建立的检测抗坏血酸的检出限为19.67μM。4.利用DNA各碱基中A-T和C-G具有互补配对的特性和G碱基能使单链DNA/Ag纳米簇的荧光增强的性质,本文设计了一条含有与致病DNA互补序列的G碱基增强的双链DNA/Ag纳米簇。目标致病DNA序列会与双链DNA/Ag纳米簇中的富G碱基序列竞争结合模板DNA,从而使G碱基序列脱离Ag纳米簇而导致荧光降低,以此可以实现对致病DNA序列的荧光检测。基于此现象,本文建立了一种富G碱基双链DNA/Ag纳米簇对丙型肝炎病毒(HCV)和艾滋病毒(HIV) DNA序列的分析检测方法。5.围绕光辐射对DNA/Ag纳米簇的光学性质的影响进行了研究,发现了一定波长的光辐射能改变DNA/Ag纳米簇荧光性质的新现象。实验通过选择不同波长的光照射不同类型的DNA/Ag纳米簇,研究了光辐射对DNA/Ag纳米簇的荧光发射光谱的影响。结果发现,用不同波长的光照射单链DNA/Ag纳米簇时,其荧光都会急剧降低；而用不同波长的光照射双链DNA/Ag纳米簇时,相对较短波长的光(V如520nm以下)使其荧光降低,相对较长波长的光(如595nm以上)使其荧光增强,说明通过不同波长的光辐射可以实现双链DNA/Ag纳米簇荧光的光控“开与关”。6.开发了一种光催化快速合成的方法,制备得到具有优异荧光性质的BSA/Au纳米簇,用于Ag+的检测。实验发现,通过选择适当的光辐射波长和光催化试剂,可以显著提高普通BSA/Au纳米簇的合成速度,并且通过辐射波长的改变可以调控BSA/Au纳米簇的荧光性质。此外,进一步研究发现,加入Ag+能使BSA/Au纳米簇的最大发射峰发生红移,而加入其他金属离子没有此现象。基于此,我们建立了一种选择性检测Ag+的可视化检测方法,该方法利用BSA/Au纳米簇作为传感探针,可以实现对Ag+的快速和高灵敏度检测。7.以牛血清蛋白为模板,硝酸银为光催化试剂,通过调节反应体系中Ag+的浓度,利用光催化法快速合成了发射波长在560～630nm范围内可调的BSA/Au纳米簇。通过细胞毒性实验和线虫存活率试验表明,该BSA/Au纳米簇具有很好的生物相容性和稳定性,可用于线虫活体的荧光成像分析。