荧光“off-on”策略在巯基小分子检测中的应用研究

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在小分子检测领域,判断一种检测手段是否合适,往往会考察它的灵敏度以及对目标分子的选择性是否单一,耗时长短等因素。而目前众多分析方法里,荧光分析法恰恰具备以上优点。荧光分析法是指基于对化合物的荧光光谱测量建立起来的分析方法,利用物质的特征光谱可以进行定性和定量分析。为了克服直接荧光分析法在应用范围上的局限性,进一步拓展其应用范围,目前基于荧光共振能量转移(FRET)、内滤效应(IFE)等机制,建立了一系列荧光分析新方法。其中荧光“off-on”策略类型的分析法,是指荧光物质在猝灭剂的作用下其荧光强度被猝灭,当加入被检测物质以后,构建的猝灭体系被破坏,使得体系荧光逐渐恢复,从而实现对被检测物质的灵敏、专属性定量分析。通常,传统的荧光发光体如有机荧光染料探针分子,往往具有诸如对环境高度敏感和易于发生光漂白等缺点,因此,寻求更为稳定和优异发光性能的荧光材料就显得尤为重要。随着纳米技术时代的发展,一些优异的荧光纳米材料应运而生。如碳点(CDs),广义上是指那些粒径小于10 nm,通过碳化的碳核和附着在有机官能团上的杂原子组成的纳米材料。CDs作为一种新颖的荧光发光材料具有优良的光稳定性、低毒性、生物相容性等优点,使其在生物成像、生物传感、光催化、光电子学等领域具有广泛的应用。基于以上理论知识,本文分别利用了传统的羧基荧光素染料标记的寡核苷酸分子(FAM-T15)、蓝色荧光的氮、硫共掺杂碳点(N,S-CDs)以及黄色荧光的硼、氮共掺杂碳点(N-CDs)作为荧光信号,分别以二氧化锰纳米片(MnO2 NS)、银纳米颗粒(AgNPs)、高猛酸根(MnO4-)为猝灭剂,构建了几种荧光猝灭体系,发现不同的荧光猝灭体系对一些巯基小分子有不同的响应,基于荧光“off-on”策略,依次建立了检测谷胱甘肽(GSH)、生物硫醇(GSH/Cys/Hcy)、卡托普利(Cap)和硫脲(TU)等巯基小分子的荧光分析方法。具体的研究内容如下:1基于FAM-T15/MnO2 NS的荧光“off-on”策略检测GSH。荧光染料探针分子标记的单链寡核苷酸(FAM-T15),能够很好结合到二氧化锰纳米片(MnO2 NS)的表面,从而发生能量转移而用于构建荧光猝灭体系。实验发现,当有谷胱甘肽(GSH)分子存在时,GSH能够还原破坏MnO2 NS,使其发生分解碎裂。从而导致构建的荧光猝灭体系破坏,吸附在MnO2 NS表面的FAM-T15游离释放出来,荧光恢复。体系荧光强度随着GSH浓度的增加逐渐增大,通过考察荧光增加值(ΔI)与GSH浓度之间的关系,基于“off-on”策略建立了GSH的荧光分析法,该方法在GSH浓度为6.0?200?M范围内具有良好的线性关系,检测限(3?)为3.5?M,并成功用于人血清样品检测,回收率在96.9%?103.1%范围内,相对标准偏差(RSD)小于4.3%。这种基于FAM-T15/MnO2 NS的荧光“off-on”策略,为GSH的快速荧光检测提供了新的方法选择。2基于N,S-CDs/AgNPs的荧光“off-on”策略pH依赖性检测GSH、Cys、Hcy。生物巯基小分子,尤其是谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和高半胱氨(Hcy),因其结构的相似性,在其众多报道的光谱分析方法中,往往存在一定程度的互相干扰,特异性检测十分困难。在本实验中,通过合成氮、硫共掺杂的荧光碳点(N,S-CDs),去提高碳点在银纳米颗粒(AgNPs)表面的结合能力,构建了纳米材料表面能量转移(NSET)荧光猝灭体系。进一步研究发现,在pH 3.0时,三种生物巯基小分子的存在,均可导致构建的荧光猝灭体系的荧光恢复,荧光恢复的值(ΔI)与GSH、Cys和Hcy的浓度分别具有良好的线性关系,且由于GSH、Cys和Hcy的校准曲线具有相似的斜率和截距,因此,可以在pH 3.0时,选择任意一个校准曲线测定样品中GSH、Cys和Hcy的总量。而在pH 7.0时,仅有Cys和Hcy能够导致构建的荧光猝灭体系的荧光恢复,荧光恢复的增加值(ΔI)与Cys和Hcy的浓度分别具有良好的线性关系,且由于Cys和Hcy的校准曲线具有相似的斜率和截距,因此,可以在pH 7.0时,选择任意一个校准曲线测定样品中Cys和Hcy的总量。最终,通过构建的N,S-CDs/AgNPs荧光猝灭体系对不同生物巯基小分子的pH依赖性发光响应,可以进一步计算GSH的含量,且成功应用于人血清中GSH的检测,证实了其在生物样品分析中的实际意义。3基于B,N-CDs/MnO4-的荧光猝灭体系“off-on”策略检测Cap或TU。巯甲丙脯酸,商品名卡托普利(Cap),是一种血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂,对多种高血压都具有显著的降压作用。含硫有机小分子,硫脲(TU)及其衍生物,常用作杀真菌剂、除草剂等,易于导致在食物中的残留,且具有引起过敏、甲状腺功能减退的隐患。因此,开发快速、简单、灵敏的检测手段用于它们的检测具有重要意义。在这部分工作中,我们通过简单的水热合成法,以邻苯二胺(o-PD)和四甲酰基苯硼酸(4-FPBA)为前体物质,合成了高稳定性、良好水溶性、发黄色荧光的硼、氮共掺杂碳点(B,N-CDs),进一步研究发现高锰酸根离子(MnO4-)通过内滤效应机制,能够有效猝灭B,N-CDs的荧光。而在有Cap或TU的存在下,MnO4-被还原为Mn2+,B,N-CDs的荧光得以恢复。因此,基于B,N-CDs/MnO4-的荧光猝灭体系“off-on”策略,实现了Cap和TU快速荧光检测,Cap和TU分别在0.5?30?M,5.0?100?M浓度范围内,与体系荧光恢复的增加值(ΔI)具有良好线性,检测限(3?)分别为180.5 nM和40.7 nM。该方法可用于药物制剂中Cap和食品中TU残留的检测,回收率分别在92.45?102.6%,和93.27?102.9%范围,相对标准偏差(RSD)小于5.0%。
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