检测铜离子的新型荧光纳米粒子的制备及其性质研究

论文摘要

铜是人体健康不可缺少的微量营养素,其在生物体的代谢、生长以及免疫系统的发育过程中起着至关重要的作用。然而,铜离子的过量摄入能使蛋白质变性,失去生理活性,从而危害生物体的健康,研究表明,人体内铜锌的比值和某些肿瘤的发生相关。而且当水中铜含量为lmg/L时,可使鱼类全部死亡。此外,海草及软体动物对铜特别敏感,它们的饮水安全浓度低于10μg/L。目前,铜离子的污染主要来源于冶金,电镀化工等行业,由于人类对其长期大量的过度使用,铜已成为环境中的一种重要污染物。因此,痕量铜离子的高灵敏度快速检测方法的开发正逐渐成为研究的热点。近20年来,检测铜离子的方法层出不穷,如原子吸收及发射光谱法,原子荧光光谱法以及电化学方法等。但这些方法均存在仪器设备昂贵或样品制备过程复杂等缺陷。与这些技术不同,荧光传感器具有制备方法简单,灵敏度高、响应快、选择性好而且还不需要接外部电源及需要样品量少等优点,已逐渐成为检测和定量重金属离子的有力工具,在生物检测和环境检测中应用十分广泛,一直是学者们研究的热点。二十世纪九十年代以来,纳米技术飞速发展,具有分辨率高、响应时间短和制备简便等优点的荧光纳米颗粒传感器已在环境科学、生物医学和食品科学等诸多领域得到应用。本论文以有机/无机纳米复合脂质和磷脂（DMPE）为原料制备有机/无机纳米复合脂质体,疏水荧光染料尼罗红（Nile red, NR）被包埋到复合脂质体疏水的脂质双层中,它的表面覆盖了一层只有分子厚度的交联的硅氧烷网状物,即Si-O-Si网状结构。研究表明,这种有机/无机纳米复合脂质体不仅保留了传统脂质体的本质特征,即表面亲水、具有脂质双层及亲水的内腔,生物相容性好和水溶性好等,而且稳定性也显著提高,新型复合脂质体能在固体基底上保持其完整的三维囊泡结构,且在表面活性剂存在的情况下不被破裂,从而避免了包埋的荧光染料发生泄露。而且,复合脂质体粒径均匀,表面显正电性。新型复合脂质体溶液澄清透明,由于粒子表面具有许多可被修饰的Si-OH基团,物理化学性质丰富,因此可以利用复合脂质体和带相反电荷的聚电解质为原料,采用层层自组装技术制备纳米结构的超薄膜。复合脂质体中的DMPE能够与铜离子结合,铜离子作为能量受体接受来自能量供体尼罗红分子的能量,从而使尼罗红分子的荧光发生淬灭,因此,根据荧光纳米粒子分散液体系中的荧光淬灭现象可以实现水中铜离子的检测。研究表明,DMPE在复合脂质体中所占的百分比对荧光纳米粒子的稳定性以及铜离子的灵敏度产生影响。实验结果证明,当复合脂质/DMPE的摩尔比例为5:2时,荧光纳米粒子的稳定性最好,且与平行样品比较对铜离子具有最高的灵敏度,未稀释的荧光纳米粒子分散液体系对铜离子的检测限为0.2μM,且当加入100μM的铜离子后,体系的荧光淬灭效率达到92%。该荧光纳米粒子分散液体系对铜离子的检测效果不受盐离子浓度及其他共存阴阳离子的影响,即这种新型复合脂质体对铜离子的选择性良好,是实现铜离子的快速且高灵敏度检测的理想材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 铜的主要污染来源及其危害概述
• 1.2.1 铜的主要污染来源
• 1.2.2 铜在环境中的存在形式
• 1.2.3 铜的缺乏及过量对生物体的危害
• 1.3 用于检测铜离子的荧光传感器的研究现状
• 1.3.1 荧光传感器检测铜的基本原理
• 1.3.2 铜离子荧光传感器的研究现状
• 1.4 基于荧光共振能量转移（FRET）的荧光纳米粒子及其应用
• 1.4.1 FRET技术的基本原理及发生条件
• 1.4.2 基于FRET的荧光纳米粒子
• 1.4.3 基于FRET的荧光纳米粒子在铜离子检测中的应用
• 1.5 硅质体
• 1.5.1 硅质体的组成
• 1.5.2 硅质体的制备方法
• 1.5.3 硅质体的特性及应用
• 1.6 课题的研究内容及意义
• 1.6.1 课题的研究内容
• 1.6.2 课题的研究意义
• 第2章 新型荧光纳米粒子的制备及其表征
• 2.1 实验材料、试剂及仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 Cerosome/DMPE荧光纳米粒子的制备
• 2.2.2 Cerosome/DMPE荧光纳米粒子的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 荧光纳米粒子的表面电位及粒度研究
• 2.3.2 荧光纳米粒子的TEM表征
• 2.3.3 荧光纳米粒子的SEM表征
• 2.4 本章小结
• 第3章 荧光纳米粒子的稳定性研究
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 荧光纳米粒子的稳定性研究
• 3.2.1 三种以不同原料制备的荧光纳米粒子的稳定性比较
• 3.2.2 Cerosome/DMPE荧光纳米粒子的稳定性研究
• 3.2.3 六种NR-CDNPs检测铜离子的效果比较
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 NR-CDNPs、NR-CNPs及NR-DNPs的稳定性比较
• 3.3.2 六种NR-CDNPs的稳定性及对铜离子的检测效果研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 荧光纳米粒子对铜离子检测性能的研究
• 4.1 实验材料、试剂及仪器
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验步骤
• 4.2.1 NR-CDNPs对铜离子的亲和力研究
• 4.2.2 NR-CDNPs对荧光染料的包埋及其包封率的研究
• 4.2.3 pH对NR-CDNPs检测铜离子效果的影响研究
• 4.2.4 NR-CDNPs对盐离子的响应研究
• 4.2.5 NR-CDNPs检测铜离子的效果测定
• 4.2.6 NR-CDNPs的浓度对铜离子检测性能的影响
• 4.2.7 NR-CDNPs对铜离子的选择性研究
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 NR-CDNPs对铜离子的亲和能力测定
• 4.3.2 NR-CDNPs对荧光染料的包埋及其包封率的测定
• 4.3.3 pH对NR-CDNPs检测铜离子效果的影响
• 4.3.4 盐离子浓度对铜离子检测效果的影响
• 4.3.5 铜离子浓度对检测效果的影响
• 4.3.6 NR-CDNPs的浓度对铜离子检测性能的影响
• 4.3.7 NR-CDNPs对铜离子的选择性研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢