基于纳米介孔二氧化硅可控制系统电致化学发光检测生物分子

论文摘要

纳米介孔二氧化硅具有孔径分布均匀且窄,较高的比表面积,较高的孔隙率,表面富含活性羟基,可以在孔内和孔外实现多种多样的官能团化,以及可以任意调节二氧化硅粒子的形貌和良好的生物兼容性等特点,在药物可控释放方面有着广泛的应用前景。本文以纳米介孔硅为主体,电致化学发光底物为客体负载于介孔硅孔道,生物适体分子为“孔帽”结合在介孔硅孔口,利用适体-蛋白质分子之间的特异性识别,采用与适体分子相对应的蛋白质分子为外界生物刺激条件,建立了两种新型的可控制释放系统。并对有机小分子吲哚羧酸的电致化学发光性质进行了初步探讨。主要内容包括:1.基于适体分子为“孔帽”的纳米介孔二氧化硅可控制释放系统的研究以1,3,5-三甲苯为扩孔剂,采用嫁接法合成了尺寸均匀、高容量、表面官能团化的纳米介孔二氧化硅球。选用两条碱基序列不同的短链DNA为联结剂固定于介孔硅孔口,采用适体DNA与联结剂形成的双螺旋结构构成“孔帽”,将客体分子Ru（bpy）32+负载于介孔孔道内,然后加入蛋白质分子凝血酶,由于适体-蛋白质分子的特异性识别,导致适体与其互补链形成的DNA双链解旋,“孔帽”移走,实现了对蛋白质分子凝血酶生物响应的可控制释放客体分子,以此系统为基础建立了电致化学发光免标记性检测凝血酶的新方法。此方法测定凝血酶的线性范围为5.0×10?16 mol/L - 8.0×10?14 mol/L,检测限为4.0×10-16 mol/L。该方法具有较高的灵敏度,良好的特异性识别能力,检测过程中基本不受其他蛋白质的干扰。2.基于适体分子为“孔帽”的磁性纳米介孔硅可控制释放系统的研究采用化学共沉淀法制备了Fe3O4磁性纳米粒子,并以磁性Fe3O4纳米粒子为核,介孔硅为壳制备了表面官能团化的磁性纳米介孔二氧化硅球。利用适体DNA的磷酸基团与磁性介孔硅表面的氨基之间的静电作用,将适体DNA静电吸附在介孔表面以形成“孔帽”,加入蛋白质分子凝血酶后,由于适体-蛋白质分子的特异性识别,导致适体分子的构型发生转变,由任意伸展的状态转变为四面体构型,从介孔表面脱离,使孔道内的客体分子释放出来,构建了以蛋白质分子凝血酶生物刺激响应的磁性介孔硅可控制释放系统。以此系统为基础,建立了一种简单易操作的电致化学发光免标记检测凝血酶的新方法。此方法检测凝血酶的线性范围为6.0×10-13 mol/L - 1.0×10-9 mol/L,对2.0×10-12 mol/L平行测定7次的相对标准偏差为4.9 %。结果表明此方法具有很好的检测灵敏度,特异性,和选择性。3.吲哚-3-羧酸电致化学发光性质的初步研究本文对有机小分子吲哚-3-羧酸的电致化学发光行为进行了初步探讨。结果表明,吲哚-3-羧酸在0.5 mol/L Bu4NFP6的乙腈溶液中,扫描电位为-2.0-2.0 V,扫速为0.2 V/s时其电致化学发光较强;在乙腈:水（4:6,体积比）的混合溶液中,2.0 mol/L KCl,0.05 mol/L K2S2O8的电致化学发光行为比较强且重现性好,工作电极表面能够形成一层金黄色导电层,扫描电镜显示可以该导电层是不连续的球形聚合物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1 介孔材料
• 1.1 介孔材料的概述
• 1.2 介孔材料的合成机理
• 1.3 MSNs 材料的合成与官能化
• 1.4 基于纳米介孔硅的控制释放系统
• 1.4.1 非功能化MSNs 药物输送系统
• 1.4.2 应激型MSNs 的控制释放系统
• 1.4.2.1 氧化还原应激型MSNs 控释系统
• 1.4.2.2 温度控制型MSNs 控释系统
• 1.4.2.3 外加电场型MSNs 控释系统
• 1.4.2.4 多糖响应型MSNs 控释系统
• 1.4.2.5 酶响应型MSNs 控释系统
• 1.4.2.6 抗原/半抗原响应型MSNs 控释系统
• 1.4.2.7 光响应型MSNs 控释系统
• 1.4.2.8 pH 响应型MSNs 控释系统
• 2 磁性复合介孔二氧化硅材料
• 3 电化学发光
• 3.1 电化学发光的概念及特征
• 3.2 电化学发光的基本原理
• 3.2.1 离子湮灭ECL
• 3.2.2 共反应ECL
• 3.2.2.1 典型的共反应ECL 体系及机理
• 3.2.2.1.1 草酸盐体系
• 3.2.2.1.2 过硫酸盐体系
• 3.2.2.1.3 有机胺体系
• 3.3 电化学发光体系
• 3.3.1 无机物体系
• 3.3.2 有机物体系
• 3.3.3 半导体纳米粒子体系
• 3.4 电化学发光体系的应用
• 4 本文立题思想及研究内容
• 参考文献
• 第二章 基于适体分子为“孔帽”的纳米介孔二氧化硅可控 制释放系统的研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 仪器装置
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 纳米介孔材料的制备及功能化
• 2.2.2 纳米介孔材料负载Ru（bpy）32+的制备
• 2.2.3 免标记法检测凝血酶的过程
• 2.2.4 电致化学发光法检测离心液的发光强度
• 3 结果与讨论
• 3.1 材料的表征
• 3.1.1 TEM 及结果分析
• 3.1.2 粒径分布图和Zeta 电势及结果分析
• 3.1.3 氮气吸附-脱附等温线
• 3.1.4 X 射线衍射（XRD）检测
• 3.1.5 氨基与环氧基团作用的验证
• 3.1.6 介孔二氧化硅连接DNA 后的紫外-可见光谱图
• 3.2 控制释放体系的条件优化
• 3.2.1 短链DNA 浓度的优化
• 3.2.2 适体DNA 浓度的优化
• 3.2.3 加入凝血酶后三联吡啶钌释放的时间优化
• 3.2.4 凝血酶的检测曲线
• 3.2.5 控制释放系统的选择性
• 3.2.6 控制释放系统的释放率计算
• 4 小结
• 参考文献
• 第三章 基于适体分子为“孔帽”的磁性纳米粒子/介孔二 化硅可控制释放系统的研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 仪器装置
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 磁性纳米介孔材料的制备及功能化（氨基化）
• 2.2.1.1 磁珠制备
• 2.2.1.2 磁性纳米介孔材料的制备及功能化
• 2.2.2 磁性纳米介孔材料负载Ru（bpy）32+的制备
• 2.2.3 免标记法检测凝血酶的过程
• 2.2.4 电致化学发光法检测离心液的发光强度
• 3 结果与讨论
• 3.1 材料的表征
• 3.1.1 TEM 及结果分析
• 3.1.2 粒径分布图和Zeta 电势及结果分析
• 3.1.3 氮气吸附-脱附等温线
• 3.1.4 X 射线衍射（XRD）检测
• 3.2 控制释放体系的条件优化
• 3.2.1 加入凝血酶后三联吡啶钌释放的时间优化
• 3.2.2 适体DNA 浓度的优化
• 3.3 凝血酶的工作曲线
• 3.4 控制释放系统的选择性
• 3.5 控制释放系统的释放率计算
• 3.6 实际样品检测
• 4 小结
• 参考文献
• 第四章 吲哚-3-羧酸电致化学性质初步研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 仪器装置
• 2.2 实验过程
• 3 结果与讨论
• 3.1 实验条件优化
• 3.1.1 在乙腈溶剂中发光条件优化
• 3.1.1.1 扫描电位和工作电极的选择
• 3.1.1.2 扫描速度的影响
• 3.1.1.3 支持电解质四丁基六氟磷酸铵的浓度优化
• 3.1.1.4 最优条件下电致化学发光光谱
• 3.1.1.5 最优条件下对电极表面形貌及对电极层阻抗研究
• 3.1.1.6 最优条件下对吲哚-3-羧酸的检测
• 3.1.2 在乙腈与水的混合溶剂发光条件优化
• 3.1.2.1 扫描电位和工作电极的选择
• 3.1.2.2 溶剂乙腈与水的比例优化
• 3.1.2.3 扫描速度的影响
• 3.1.2.4 支持电解质KCl 的浓度优化
• 3.1.2.5 共反应物过硫酸钾浓度优化
• 3.1.2.6 最优条件下电致化学发光光谱
• 3.1.2.7 最优条件下工作电极表面形貌及工作电极层阻抗研究
• 3.1.2.8 最优条件下对吲哚-3-羧酸的检测
• 3.2 发光机理推测
• 3.2.1 在乙腈溶剂中发光机理
• 4 小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录