量子点荧光试纸条的构建及其在生物分子检测中的应用研究

发布时间：2020-04-01 04:27

【摘要】：生物分子如生物小分子、核酸、蛋白质等作为生物体重要的组成部分,在生命活动过程中起着至关重要的作用,它们的含量及存在状态与许多疾病息息相关,并直接反应生物体的健康状况。因此,对生物分子的分析检测在生命过程的揭示与阐明、疾病的诊断与预防、药物的筛选及开发等方面有着重要的意义。在已报道的众多分析检测方法中,侧流层析试纸条(LFTS)技术因其独特的优势而受到越来越多研究者的关注。LFTS是近年来发展起来的一种快速检测技术,与传统实验室检测方法相比具有明显的优越性,如:快速、简单、灵敏、便携、经济等。LFTS最大的优点是它能够在检测室或实验室之外的其他地方使用,且无需任何专业设施。本论文将具有优良光学性能的荧光量子点(QDs)与LFTS技术相结合,构建了系列试纸条检测方法用于谷胱甘肽(GSH)和碱性磷酸酶(ALP)的定性、定量分析。具体研究内容如下:1.基于Ag~+介导的荧光试纸条技术灵敏检测GSH在本工作中,基于Ag~+的猝灭能力以及Ag~+与QDs和GSH之间不同的结合力,构建了一种新型的荧光增强型试纸条传感平台用于GSH含量分析。在该设计中,牛血清白蛋白(BSA)功能化的QDs作为信号标签固定在检测线上。当待测体系中只含Ag~+时,基于能量共振转移效应,Ag~+能够很好地猝灭QDs的荧光。当Ag~+和GSH同时存在时,由于Ag~+与GSH上的巯基之间具有更强的结合力,使得Ag~+优先与GSH结合形成Ag-S键,所形成的螯合物不具备猝灭QDs荧光的能力,体系呈现出较强的荧光信号。随着GSH浓度的增加,检测线上QDs的荧光逐渐增强,通过监测检测线上荧光强度的变化来定量溶液中GSH的浓度。在最佳优化实验条件下,本方法对GSH的检测限低至25 nM,并成功用于实际样本中GSH含量分析。2.基于Ce(IV)离子介导的荧光试纸条技术快速检测ALP在本工作中,基于QDs荧光试纸条,以三磷酸腺苷(ATP)为底物,开发了一种快速检测ALP含量的方法。在该设计中,四价铈离子(Ce(IV))能够有效猝灭QDs的荧光;当加入ALP时,ALP催化底物ATP水解生成磷酸根,生成的磷酸根与Ce(IV)离子配位结合,体系荧光恢复。基于此原理,成功实现了对缓冲体系中ALP含量的快速检测(5分钟),检测限低至1.1 U/L。该方法进一步被成功用于实际样本中ALP的检测。3.基于二氧化锰纳米片层介导的比色/荧光双模试纸条灵敏便携检测ALP在本工作中,基于二氧化锰(MnO_2)纳米片层良好的猝灭效率及聚集可生成棕色比色信号的能力,结合QDs的荧光信号,发展了一种比色/荧光双模检测ALP的方法。在该设计中,将QDs-BSA固定在检测线上作为信号标签,在没有ALP存在时,MnO_2纳米片层聚集吸附在检测线上,呈现出裸眼可见的棕色信号并用于定性分析。同时,基于荧光内滤效应,检测线上QDs的荧光无法被激发而呈猝灭状态。在ALP存在的情况下,ALP可以催化L-抗坏血酸2-磷酸(AAP)水解生成抗坏血酸(AA),AA能将MnO_2还原成Mn~(2+),引发MnO_2纳米片层的消解,检测线上棕色信号逐渐消失,同时荧光恢复。通过分析检测线上比色和荧光信号强度的变化,成功实现了对ALP的定性、定量检测,检测限为0.7 U/L。最后,将该双模检测平台用于人血清样本中ALP的测定,并得到满意的结果。
【图文】：

5图 1.1 生物分子检测方法：（A）（B）荧光分析法方法[35,36]；（C）（D）SERS 法[37,38]；（E）（F）电化学分析法[39,40]；（G）HPLC[41]；（H）（I）比色法[24,42]。比色法、荧光分析法、电化学分析法、SERS 以及 HPLC 等经典的分析方法在生物分子的分析检测领域有着不可忽视的地位，，已经成功应用于多种生物分子的定量检测中。作为实验室常用的分析方法，它们的优势及特点显而易见，如灵敏度高、方法经典、技艺成熟等；但是也存在一些缺陷，如需要复杂的仪器设备、专业的技术人员、重复性较差、无法实现即时检测等，因此很难在实验条件较差、医疗条件落后的地区推广使用。正因为这些方法的不足，促使着研究人员开发具有普适性的分析检测方法。近年来，将侧流层析试纸条技术与纳米材料相结合，为生物分子的检测提供了新的思路，在生物分析检测领域展现出广阔的应用前景。

术（Lateral flow chromatography test strip，LFTS）[52-54]是基于 POCT 发展起来的一种快速定性、定量分析策略。与传统实验室检测方法相比，LFTS 具有明显的优越性，如：快速、简单、便携、经济易推广等。20 世纪 80 年代早期，第一个商业化的试纸条被开发出来，它以金纳米颗粒作为信号标签，用于人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，HCG）的检测[55]，通过金纳米颗粒颜色强度的变化，裸眼可以直接观察检测结果。但由于这种基于胶体金的试纸条只能用于定性及半定量分析而无法实现定量检测，因此依旧无法满足时代发展的需求。纳米材料的蓬勃发展为 LFTS 技术提供了新的机遇与方向，使 LFTS 成为生物化学分析领域极具发展潜力的检测方法之一。1.2.1 侧流层析试纸条的组成LFTS 的组成较为简单，一般由样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜、吸水垫依次粘贴于 PVC 底板上，通过剪切得到长 6-7 cm，宽 4-6 mm 的纸条而成，如图1.2 所示。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;Q503

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本文编号：2609980