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构建DNA及银纳米簇荧光传感器用于金属离子及有机小分子的识别研究

作　者: 张建蓉
导　师: 李念兵
学　校: 西南大学
专　业: 分析化学
关键词: 荧光传感器 T-Hg2+-T 银纳米簇金属离子有机小分子
分类号: O657.3
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着相关学科的迅速发展以及相关新技术的引入,荧光分析法的灵敏度、准确度和选择性日益提高,方法的应用范围遍及众多领域。目前,荧光分析法已经发展成为一种十分重要且有效的光谱化学分析手段,本论文利用荧光分析法构建传感器用于与人类健康和安全密切相关的金属离子及小分子的识别研究。自从2004年,Ono,A.和Togashi,H.研究证实Hg2+能特异性识别胸腺嘧啶(T)以来,基于T-Hg2+-T协同作用特异性检测Hg2+的研究陆续报道,本文也追随这一研究热点,构建了简单、快速、灵敏的DNA荧光传感器识别Hg2+。荧光金属簇由于量子限制效应而具有荧光,其已经作为一类新型的超小尺寸的荧光探针应用于环境、生物分析等方面。基于本实验室新开发的银纳米簇,本文还构建了银纳米簇荧光传感器识别Cr(Ⅵ)、叶酸和苦味酸爆炸物,拓展了银纳米簇的应用领域。本文的主要研究内容及结论如下：1.构建DNA荧光传感器用于Hg2+的识别研究(1)基于poly(dT)DNA双链和氧化石墨烯的传感器的构建互补的T15与FAM-A15杂交形成DNA双链,由于DNA双链与GO作用弱,FAM-A15不能靠近GO表面而保持强的荧光信号。若体系中存在Hg2+,T15与Hg2+形成稳定的T15-(Hg2+)n-T15复合物,FAM-A15以单链形式存在,与GO之间存在强的π-π堆积相互作用,FAM接近GO表面,其荧光被GO猝灭,体系显示弱的荧光信号。在一定Hg2+浓度范围内,体系荧光的猝灭程度与Hg2+浓度成正比。在最佳实验条件下,基于FAM荧光的猝灭反应,可以高灵敏度、高选择性地测定Hg2+,检测限低至0.5nM。其他可能共存的金属离子,对Hg2+的测定没有影响。将该方法用于江水样品中Hg2+的测定及回收实验,获得了满意的效果。(2)基于乙炔基信号放大和T-Hg2+-T复合物的传感器的构建FAM标记的poly d(T) DNA序列(记作：FAM-Tn, n为T的数目)与Hg2+反应,FAM的荧光猝灭：FAM-T1的荧光猝灭效率很低；FAM-Tn (n>1)的荧光猝灭效率较高,并随着T数目的增加,最大荧光猝灭效率降低。若FAM-T3的另一端再修饰乙炔基,Hg2+加入后,则荧光团的最大荧光猝灭效率提高,可高达95%。本研究以两端分别标记有FAM和乙炔基的HC=C-(5’)TTT(3’)-FAM为探针,借助乙炔基的信号放大作用,构建了灵敏度高、选择性好、快速识别Hg2+的荧光传感器,并详细探讨了乙炔基放大猝灭荧光的原理。此外,在Hg2+猝灭体系荧光的基础上,构建了半胱氨酸传感器。实验结果表明,该研究体系对半胱氨酸也显示高的灵敏度和选择性。2.构建银纳米簇荧光传感器用于金属离子及小分子的识别研究(1)Cr(Ⅵ)传感器的构建以及银纳米簇与不同类金属离子的作用机理初探以聚乙烯亚胺为模板合成的银纳米簇具有较强的荧光信号,Cr(Ⅵ)能高效猝灭该银纳米簇的荧光,由此建立了识别Cr(Ⅵ)的荧光新方法。在最佳实验条件下,Cr(Ⅵ)浓度在0.1nM-1.5μM范围内与荧光猝灭效率具有良好的线性响应,方法灵敏度高(0.04nM)、速度快。基于不同金属离子对银纳米簇荧光响应的差异,利用紫外.可见吸收光谱,再结合各离子的特征电子构型、对应氢氧化物的溶解性能、碱性条件下的电极电势等相关特性探讨了银纳米簇与不同金属离子之间的作用机理,认为金属离子与银纳米簇之间可通过金属离子与模板之间的氢键作用或络合作用间接靠近银纳米簇,以及金属离子以亲金属相互作用或沉淀包覆的形式直接与银纳米簇作用两种方式相互作用,电荷转移是荧光猝灭的主要因素。(2)叶酸传感器的构建以及银纳米簇与叶酸的作用机理初探叶酸能有效猝灭聚乙烯亚胺为模板的银纳米簇的荧光,基于此构建了高灵敏识别叶酸的新型荧光传感器。对多种可能与叶酸共存的物质进行分析,结果显示该体系对叶酸识别具有高的选择性；广泛用于固体奶粉、液态奶、面粉、发酵面团、尿液、药片等实际样品中叶酸含量的测定,结果令人满意。利用紫外可见吸收光谱、高分辨率透射电镜、红外光谱、荧光寿命图谱以及荧光光谱等多种表征手段探讨了叶酸猝灭银纳米簇荧光的机理,提出了以聚乙烯亚胺作为桥梁,从叶酸到银纳米簇的两步电子转移荧光猝灭机理。(3)苦味酸爆炸物传感器的构建以及银纳米簇与苦味酸的作用机理初探基于苦味酸对银纳米簇的荧光猝灭反应,建立了荧光检测苦味酸的新方法。在最佳实验条件,银纳米簇荧光与苦味酸浓度呈现好的线性响应特征：线性响应范围1nM-2.25μM,检出限为0.7nM,优于检测苦味酸的其他方法。研究表明该体系能很好地区分苦味酸与2,4,6-三硝基甲苯等硝基甲苯类、硝基苯类爆炸物。苦味酸通过与银纳米簇模板-聚乙烯亚胺之间的静电作用靠近银纳米簇,发生从银纳米簇到缺电子的苦味酸苯环之间的电荷转移,从而使银纳米簇的荧光发生猝灭。

全文目录

摘要  6-9
Abstract  9-12
第一章绪论  12-48
  1.1 荧光与荧光分析技术  12-13
  1.2 传感器概述  13
  1.3 荧光DNA生物传感器及其相关应用  13-26
    1.3.1 荧光DNA生物传感器概述  13
    1.3.2 荧光DNA生物传感器的相关应用  13-26
  1.4 银纳米簇荧光传感器及其相关应用  26-37
    1.4.1 金属纳米簇概述  26-27
    1.4.2 银纳米簇的合成  27-30
    1.4.3 银纳米簇荧光传感器的相关应用  30-37
  1.5 本文的主要研究内容及研究意义  37-39
    1.5.1 主要研究内容  37-38
    1.5.2 研究意义  38-39
  参考文献  39-48
第二章构建DNA荧光传感器用于Hg~(2+)的识别研究  48-76
  2.1 基于poly(dT)DNA双链和氧化石墨烯的传感器的构建  48-62
    2.1.1 前言  48-49
    2.1.2 实验部分  49-50
    2.1.3 结果与讨论  50-57
    2.1.4 结论  57-58
    参考文献  58-62
  2.2 基于乙炔基的信号放大和T-Hg~(2+)-T复合物的传感器的构建  62-76
    2.2.1 前言  62-64
    2.2.2 实验部分  64-65
    2.2.3 结果与讨论  65-71
    2.2.4 结论  71-73
    参考文献  73-76
第三章构建银纳米簇荧光传感器用于金属离子及小分子的识别研究  76-128
  3.1 Cr(Ⅵ)传感器的构建以及银纳米簇与不同类金属离子的作用机理初探  76-96
    3.1.1 前言  76-77
    3.1.2 实验部分  77-78
    3.1.3 结果与讨论  78-91
    3.1.4 结论  91-92
    参考文献  92-96
  3.2 叶酸传感器的构建以及银纳米簇与叶酸的作用机理初探  96-116
    3.2.1 前言  96-97
    3.2.2 实验部分  97-99
    3.2.3 结果与讨论  99-110
    3.2.4 结论  110-111
    参考文献  111-116
  3.3 苦味酸爆炸物传感器的构建以及银纳米簇与苦味酸的作用机理初探  116-128
    3.3.1 前言  116-117
    3.3.2 实验部分  117-118
    3.3.3 结果与讨论  118-123
    3.3.4 结论  123-124
    参考文献  124-128
全文总结  128-130
攻读博士学位期间发表的论文  130-132
致谢  132-133

构建DNA及银纳米簇荧光传感器用于金属离子及有机小分子的识别研究

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