【摘要】：科學技術的不斷發(fā)展帶動著生命科學的發(fā)展,人類對生命科學的研究認識也不斷加深,因此,對一些在生命體中起重要作用的生物分子(如酶、核酸等)進行快速、靈敏、準確的檢測分析顯得尤為重要。近年來,作為納米技術核心的納米材料由于其在光學、電學、催化等方面獨特的性能,成為了當前的研究熱點,它們在光電學、生物醫(yī)學、微電子學、環(huán)境能源等領域得到了廣泛應用。而納米材料結合生物傳感器出現(xiàn)的納米生物傳感器,是多個學科(如化學、生物、物理學及納米科學等)的交叉結合,使得生物傳感器的發(fā)展朝著能更廣泛應用的方向進行。納米生物傳感器所發(fā)展的新穎的檢測原理及傳感機制,使生物傳感器的檢測分析性能得到了極大的提升,在醫(yī)學診療、食品分析、環(huán)境檢測等領域也有了更廣闊的發(fā)展空間。腺苷酸激酶(ADK),一種重要的磷酸轉移酶,在生物體內(nèi)參與催化各類腺嘌呤核苷酸之間的相互轉化,維持腺嘌呤核苷酸之間的平衡,從而保持能量平衡并促進高能腺嘌呤核苷酸的儲存及利用。而單核苷酸多態(tài)性(SNP)是指單個核苷酸突變所造成的核苷酸序列的多態(tài)性,在人類基因組中單堿基多態(tài)性是主要的變異形式之一,同時也是最為常見的基因變異,它與基因功能的研究有著很重要的聯(lián)系,可以為基因水平上的疾病診斷和不同個體藥物響應研究提供重要依據(jù)。本論文利用二維碳納米材料—石墨相氮化碳納米片(CNNS),建立了一些操作簡單快速、靈敏度高、非標記的生物傳感平臺用于重要的疾病標志腺苷酸激酶(ADK)與單核苷酸多態(tài)性(SNP)的檢測分析。研究的具體內(nèi)容如下:在第2章中,我們發(fā)展了一種新型的基于CNNS的生物傳感平臺用于簡單,靈敏且非標記的ADK檢測。當Cu~(2+)加入到CNNS溶液中時,由于光誘導電子轉移(PET)作用使得納米片的熒光猝滅。再加入二磷酸腺苷(ADP)時,由于ADP會與Cu~(2+)作用,使得結合CNNS的Cu~(2+)減少,導致微弱的熒光恢復。加入ADK后,ADP會轉化為三磷酸腺苷(ATP)以及單磷酸腺苷(AMP)(2ADP?ATP+AMP),由于ATP結合Cu~(2+)的能力比ADP更強,能阻止Cu~(2+)跟納米片的結合,使得熒光恢復。通過測量熒光信號的變化可以高靈敏地檢測ADK。本章發(fā)展的分析方法對ADK的檢測下限為0.06 U/mL。該傳感器有望在與ADK相關的臨床診斷和生物醫(yī)學研究方面提供一個高效,高靈敏且非標記的分析檢測平臺。在第3章中,我們證明了單鏈DNA(ssDNA)能增強CNNS的類過氧化物酶的活性并將該性質(zhì)應用于SNP檢測。由于ssDNA能夠吸附在CNNS表面形成一種穩(wěn)定的復合材料,當正電荷的底物3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)存在時,ssDNA將通過靜電引力和芳香環(huán)的堆疊與TMB結合,從而增強了納米片的過氧化物酶活性。利用DNA能增強納米片的催化氧化活性這一特點,我們將這種納米酶用于SNP的比色檢測。通過核酸與納米技術的功能化結合,本章中提出的方法不僅為核酸的檢測提供了一個新的平臺,還能應用于不同的目標分子進行檢測研究。
【圖文】：

烯的結構相似，所以被稱為類石墨烯納米材料。不管是在學術研究上，這些石墨烯以及類石墨烯納米材料在最近幾年都得到極大的發(fā)特別是生物傳感方向的應用。圖 1.1 A，Wu 等[13]基于氧化石墨烯（GO）設計了一種納米信標用化分析。文章中設計了一條單熒光標記的發(fā)夾鏈 HP，和兩條寡核苷 B 鏈，兩條鏈都能與發(fā)夾 HP 雜交使得發(fā)夾打開且有粘性末端的生于 50oC 時，雜交鏈會解鏈，HP 的熒光會被 GO 猝滅，而當有多核NK）時，這個粘性末端會被連接酶連接而形成穩(wěn)定的雙鏈結構，在會解鏈且熒光信號很強，通過檢測熒光信號的變化能夠定量檢測 PB，Peng 等[14]利用 MoS2/石墨烯的復合納米材料構建了檢測葡萄糖葡萄糖氧化酶（GOx）跟復合納米材料結合，利用 GOx 能氧化葡萄酸和 H2O2，，由于 MoS2/石墨烯的復合納米材料具有類過氧化物酶活2O2催化氧化 TMB，能肉眼看到顏色變化，通過對產(chǎn)物的紫外吸收實現(xiàn)葡萄糖的定量分析，該方法還能進一步應用于人血清中葡萄糖高選擇性的檢測。

于石墨烯的非金屬有機聚合物半導體，它可以被看作是氮原子將石墨烯原子有規(guī)律地取代后的物質(zhì)，是一種具有特殊性質(zhì)的半導體材料。如，目前有兩種 CNNS 的模型被人們接受，分別是面內(nèi)由三嗪環(huán)（C3N3嗪環(huán)（C6N7）構成，其具體結構構成為：通過碳原子、氮原子的 sp2雜環(huán)之間通過末端的 N 原子相連而形成無限延伸的網(wǎng)狀結構，層與層之間力作用而形成與石墨烯片層相似的平面結構，且每層結構中碳氮鍵的鍵能都等同，類似于苯環(huán)的結構單元，相鄰的層之間的間距約為 0.326 n發(fā)現(xiàn)，與石墨烯零帶隙不同的是 CNNS 的帶隙值近似 2.7 eV，而且其具缺陷以及氮原子孤對電子對，使得 CNNS 在光催化、光降解等方面表現(xiàn)烯明顯的不同，使其在傳感及催化領域得到了極大的關注。在 2009 年授首次報道了 CNNS 可作為高效的光催化劑用于分解水來制得氫氣[16]部分含有重金屬的光催化劑，CNNS 作為一種非金屬的光催化劑在環(huán)境合理利用等方面具有更大的優(yōu)勢[17-19]。目前已有很多科學家對 CNNS的及其在光催化、生物成像、藥物傳遞等方面做了大量的研究，下面主要S 的制備以及其在生物傳感領域的應用。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O657.3;TP212.3

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