本文關(guān)鍵詞：基于谷胱甘肽制備的銀納米簇和Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物構(gòu)建光學(xué)傳感器的研究

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【摘要】：谷胱甘肽(Glutathione,GSH)是一種含有活性巰基和g-酰胺鍵的小分子肽,其廣泛存在于生物體內(nèi),可直接或間接參與生理活動(dòng)。由于GSH具有較強(qiáng)的還原性,可以起到抗氧化作用,因此,GSH可在生物體內(nèi)保護(hù)細(xì)胞和神經(jīng)等不受氧自由基的損害。此外,GSH含有氨基、羧基、巰基和酰胺基等配位基團(tuán),因此,GSH是很多金屬離子的螯合劑。GSH上的活性巰基可與重金屬離子作用,尤其可與金/銀發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,因此,GSH可作為模板制備金/銀納米簇。本論文首先基于GSH對銀離子的螯合特性,以檸檬酸鹽包裹的銀納米顆粒為前體,以GSH為刻蝕劑制備了發(fā)射強(qiáng)烈藍(lán)色熒光的銀納米簇。此外,GSH是一種典型的氨基化合物,可代替氨基酸與羰基化合物發(fā)生Maillard反應(yīng),本論文進(jìn)一步以GSH和抗壞血酸為底物,制備了Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物。與此同時(shí),結(jié)合分子熒光和紫外-可見吸收光譜技術(shù),本論文對基于GSH制備的銀納米簇和Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物在水溶液中的光學(xué)特性進(jìn)行了研究,并以其為探針構(gòu)建了檢測生物分子和環(huán)境污染物的光學(xué)傳感器。1.谷胱甘肽刻蝕法制備銀納米簇本章中,首先以檸檬酸鹽為穩(wěn)定劑,以硼氫化鈉為還原劑制備了大尺寸的銀納米顆粒,進(jìn)一步以谷胱甘肽為刻蝕劑對銀納米顆粒進(jìn)行刻蝕,在水溶液中制備了穩(wěn)定的、發(fā)射藍(lán)色熒光的銀納米簇,其平均粒徑約為1.93 nm,在水溶液中的熒光量子產(chǎn)率約為1.8%。實(shí)驗(yàn)考察了制備過程中各反應(yīng)物的用量對銀納米簇的影響,以期得到光學(xué)性能更好的銀納米簇。同時(shí),實(shí)驗(yàn)利用熒光光譜、紫外-可見吸收光譜以及高分辨的透射電子顯微鏡對銀納米顆粒向銀納米簇的轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了監(jiān)測,基于傅里葉變換紅外光譜、能量色散X射線光譜、元素分析等技術(shù)對制備的熒光銀納米簇進(jìn)行了表征。2.基于銀納米簇可逆的p H響應(yīng)性質(zhì)構(gòu)建尿素和葡萄糖的光學(xué)傳感器本章實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增加或降低溶液的p H可以引起銀納米簇在溶液中可逆的聚集和分散,從而導(dǎo)致溶液的熒光強(qiáng)度和吸光度可逆性的降低和恢復(fù)。銀納米簇表現(xiàn)出的p H誘導(dǎo)的可逆行為可歸因于其表面配基(谷胱甘肽)和檸檬酸鹽含有的大量氨基和羧基基團(tuán),這些功能基團(tuán)使得銀納米簇之間極易形成弱的分子間相互作用力(如氫鍵作用等),并使其在溶液中保持平衡。然而,改變?nèi)芤旱膒 H會(huì)打破銀納米簇原有的平衡狀態(tài),從而導(dǎo)致銀納米簇可逆的聚集和溶液光譜信號的可逆變化。此外,由于尿素和葡萄糖可以通過酶催化反應(yīng)分別產(chǎn)生NH3和葡萄糖酸,從而改變?nèi)芤旱膒 H值。本章基于此原理,進(jìn)一步以谷胱甘肽刻蝕法制備的銀納米簇為光學(xué)探針,構(gòu)建了可再生的尿素和葡萄糖生物傳感器。該傳感器靈敏度高、選擇性好,已將其用于實(shí)際樣品分析,實(shí)現(xiàn)了人血清和尿液中尿素和葡萄糖的檢測。3.以銀納米簇為探針結(jié)合頂空-單液滴微萃取技術(shù)構(gòu)建高靈敏、高選擇性的溶解氨的光學(xué)傳感器本章以谷胱甘肽刻蝕法制備的銀納米簇為探針,基于熒光和紫外-可見吸收光譜、頂空-單液滴微萃取技術(shù),構(gòu)建了一個(gè)簡單的溶解氨傳感平臺。其傳感機(jī)理為氨的揮發(fā)性和堿性及探針對溶液p H變化的敏感響應(yīng),在堿性溶液中銀納米簇極易聚集從而導(dǎo)致溶液的熒光猝滅和吸光度降低。此外,該傳感器具有較高的選擇性和靈敏度,大部分無機(jī)離子和氨基酸均不干擾水溶液中氨的檢測,傳感器的線性響應(yīng)范圍為10 350μM,檢出限為336 n M。同時(shí),已將該傳感器用于實(shí)際水樣中溶解氨的檢測,結(jié)果令人滿意。4.谷胱甘肽和抗壞血酸的Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物的制備及其快速檢測Hg~(2+)和生物巰基的應(yīng)用研究Maillard反應(yīng)及其熒光產(chǎn)物已經(jīng)引起食品和生命科學(xué)領(lǐng)域工作者的大量關(guān)注。然而,從該反應(yīng)中單獨(dú)分離出熒光產(chǎn)物并將其作為探針用于傳感器領(lǐng)域,以檢測某一特定物質(zhì)的研究至今尚未見報(bào)道。本章中,我們以谷胱甘肽和抗壞血酸為底物進(jìn)行Maillard反應(yīng),并從其產(chǎn)物中分離出水溶性的熒光探針,該探針具有非常好的穩(wěn)定性和較高的熒光量子產(chǎn)率(18.2%)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究了上述Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物(MRFPs)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用,在酸性條件下(p H4.1),將其作為探針用于快速、免標(biāo)記地檢測Hg~(2+)和生物巰基(半胱氨酸、高半胱甘酸和谷胱甘肽)。檢測機(jī)理主要是基于Hg~(2+)可以猝滅MRFPs的熒光,而生物巰基可以通過競爭反應(yīng)優(yōu)先與Hg~(2+)作用,從而使反應(yīng)溶液的熒光恢復(fù)。該傳感體系具有較高的選擇性和靈敏度,檢測Hg~(2+)、半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽的線性響應(yīng)范圍分別為0.05 12、0.5 10、0.3 20和0.3 20μM,檢出限依次為22、47、96和30 n M(3s)。此外,該傳感體系已成功應(yīng)用于實(shí)際水樣中的Hg~(2+)和人血漿樣品中生物巰基的檢測。5.以谷胱甘肽和抗壞血酸的Maillard反應(yīng)熒光產(chǎn)物為成像探針檢測活細(xì)胞內(nèi)的Fe~(3+)發(fā)展生物相容性好且可用于細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)檢測的成像探針在生物醫(yī)藥和生命科學(xué)領(lǐng)域有著重大意義。本章中,實(shí)驗(yàn)以谷胱甘肽和抗壞血酸的MRFPs為成像探針,構(gòu)建了活細(xì)胞內(nèi)選擇性檢測Fe~(3+)的生物傳感器。實(shí)驗(yàn)表明,該MRFPs是一種無生物毒性,且具有非常好的生物相容性的熒光材料。在體外模擬的生理p H(p H 7.0)下,與其他金屬離子相比,MRFPs對Fe~(3+)顯示出較好的特異性響應(yīng),當(dāng)Fe~(3+)濃度為0.05 50 m M時(shí),反應(yīng)溶液的熒光強(qiáng)度隨Fe~(3+)濃度的增加呈線性降低。此外,實(shí)驗(yàn)條件下,我們對MRFPs與Fe~(3+)之間的相互作用機(jī)理進(jìn)行了討論,該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可歸因于激發(fā)態(tài)的MRFPs分子向金屬離子的電子轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明,MRFPs可作為成像探針對活細(xì)胞內(nèi)的Fe~(3+)進(jìn)行特異性檢測。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ422;TP212

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本文編號：1288693