无标记稀土上转换纳米探针的构建及生物分析应用研究

论文摘要

稀土上转换发光是基于镧系离子丰富的电子能级,通过吸收多个长波低能光子而发射出短波高能光子的过程。镧系元素掺杂的上转换发光纳米材料由于具有在低能近红外光（NIR）激发下不存在自发荧光、anti-Stokes位移大和发光寿命长等优点而引起了研究者的广泛关注。稀土上转换发光纳米材料的诸多性质,决定了它在很多方面的应用,如太阳能转换、纳米印刷、近红外光防伪和生物传感与成像等。本论文主要以稀土离子f-f跃迁过程的上转换发光为检测信号开展其在生物传感与成像领域的应用研究。由于良好的生物相容性以及NIR独特的光频上转换能力,它们有可能在生物体系中达到较高的检测灵敏度。然而,绝大多数情况下上转换纳米材料的发光与体系的生化特性没有直接关系。因此,为了在生物化学识别过程（化学传感中的基本过程）中实现目标物的高选择性检测或成像,上转换纳米材料必须与合适的识别单元如有机染料结合使用。本论文我们选择将有机染料和金属有机配合物等识别单元与上转换纳米粒子（UCNPs）结合,设计了一系列新型上转换纳米传感平台,利用上转换发光为检测信号开展了目标分析物的生物传感与成像研究。主要内容如下:第一章绪论本章主要总结了稀土上转换发光纳米材料的简介、发光机理、合成方法、构建发光传感器的策略、对不同分析物的生物传感与检测以及当前存在的问题和未来的发展趋势。最后,总结了本论文的研究意义及展望。第二章基于无标记上转换纳米粒子探针连续检测Cu2+、焦磷酸根和碱性磷酸酶本章采用一步溶剂热法合成了一种支链聚乙烯亚胺（PEI）修饰的NaGdF4:Yb/Tm UCNPs,该NIR发光探针可基于"off-on-off"开关连续检测Cu2+、焦磷酸根(P2O74-,PPi)和碱性磷酸酶（ALP）。由于PEI与Cu2+配位从而发生UCNPs到Cu2+的能量转移使发光猝灭;Cu2+与PPi之间的强亲和力形成Cu2+-PPi复合物从而触发发光恢复;ALP可引起PPi水解导致Cu2+-PPi复合物的解离和Cu2+与PEI之间的重新结合,从而导致UCNPs的发光猝灭。该体系可以通过调节UCNPs发光的开和关,连续检测Cu2+、PPi和ALP,检测限（LOD）分别为57.8 nM、184 nM和0.019 U/mL。由于NIR特征和良好的生物相容性,该探针成功用于活细胞内Cu2+的成像。第三章上转换纳米粒子-MoS2纳米片组装体用于活细胞和斑马鱼体内活性氧成像的研究将纳米组装体应用于活细胞中进行生物成像,引起了科研工作者的广泛关注。本章通过将二硫化钼（MoS2）纳米片和稀土UCNPs的结合,构建了一种高效、灵敏的可用于检测活细胞中活性氧（ROS）的发光探针。在此纳米组装体中,带负电的聚丙烯酸修饰的MoS2纳米片可以通过静电作用与带正电的UCNPs进行结合。由于MoS2纳米片具有优异的猝灭能力,从而导致UCNPs发光强度显著下降。相反,在ROS存在的情况下,通过与ROS的化学反应导致MoS2纳米片分解,UCNPs的发光信号得到恢复。ROS介导的UCNPs-MoS2纳米组装体的破环对ROS显示出优异的发光响应。该UCNPs-MoS2纳米片组装体成功应用于细胞和斑马鱼体内ROS水平的监控。第四章阳离子花青发色团组装上转换纳米粒子用于活细胞和斑马鱼体内H2S的传感与成像研究硫化氢（H2S）水平升高与各种疾病密切相关。因此,H2S的检测对于揭示其在这些疾病中的作用具有重要意义。在此,我们提出了一种基于巯基化反应检测H2S的新型turn-on型探针Cy7-UCNPs。研究发现,当H2S存在时Cy7-UCNPs的发光明显增强,并且在1-90μM浓度范围内表现出良好的线性关系（R2=0.9952）。Cy7-UCNPs具有许多优良的性能,包括灵敏度高、选择性好和细胞毒性低并成功用于活细胞和肿瘤斑马鱼模型中H2S的传感与成像。第五章基于内滤效应的比率型上转换发光探针用于检测抗坏血酸我们开发了基于UCNPs和方酸铁[SA-Fe（III）]之间内滤效应（IFE）的纳米传感体系,用于高灵敏和选择性检测抗坏血酸（AA）。在该体系中,Fe（III）可以快速（<1 min）与SA螯合生成SA-Fe（III）螯合物。UCNPs的蓝光发射带（400-500nm）与SA-Fe（III）的吸收带（400-750 nm）在很大程度上重叠,导致该范围内的发光猝灭,而800 nm处发光保持不变。当AA将Fe（III）还原为Fe（II）时,UCNPs400-500 nm处的蓝光显著回升。因此,可以基于SA-Fe（III）的形成构建比率型探针实现对AA的准确灵敏检测。在最佳条件下,I474/I800对AA呈现良好的线性响应,浓度范围为3-150μM,LOD为0.71μM。另外,该体系已成功用于实际样品中AA的检测。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王方方

导师: 鲜跃仲

关键词: 稀土上转换发光纳米粒子,焦磷酸根,碱性磷酸酶,活性氧,硫化氢,抗坏血酸,型发光探针,比率探针和生物成像

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,医药卫生科技

专业: 生物学,化学,生物医学工程

单位: 华东师范大学

分类号: R318;O657.3

总页数: 179

文件大小: 11186K

下载量: 250

相关论文文献

• [1].稀土掺杂氟化物多波段上转换激光研究进展[J]. 激光与光电子学进展 2020(07)
• [2].单分散上转换纳米荧光微粒的荧光寿命测量[J]. 光学精密工程 2017(02)
• [3].一种基于角锥棱镜的上转换荧光检测系统[J]. 集成技术 2016(05)
• [4].上转换白光材料的研究进展[J]. 现代化工 2015(06)
• [5].镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒[J]. 物理 2015(09)
• [6].上转换材料的制备及发展[J]. 广东化工 2012(08)
• [7].NaYF_4:Er/Yb上转换材料的优化制备及其特性研究[J]. 光电子.激光 2010(09)
• [8].聚二甲基硅氧烷基上转换材料的制备与光催化应用[J]. 精细化工 2019(11)
• [9].稀土上转换纳米荧光探针的制备与应用[J]. 四川化工 2017(01)
• [10].基于OLED显示单元的红外上转换器件研究进展[J]. 中国光学 2015(01)
• [11].Yb:Er:Tm:LiTaO_3的上转换发白光性能研究[J]. 中国稀土学报 2011(01)
• [12].上转换荧光纳米探针的制备及其在染料检测上的应用[J]. 科技视界 2016(11)
• [13].掺铒碲酸盐玻璃中的协作上转换能量转移[J]. 物理学报 2009(02)
• [14].实现基于缺陷能级稀土双掺氧化锌上转换发光（英文）[J]. Science China Materials 2017(12)
• [15].基于上转换免疫层析技术的真菌毒素检测[J]. 北京工业大学学报 2015(12)
• [16].新型蓝色上转换荧光分子的合成、表征与双光子吸收性能[J]. 物理化学学报 2014(01)
• [17].上转换荧光强度与激光功率的关系[J]. 装甲兵工程学院学报 2011(03)
• [18].稀土氟化物上转换荧光增强及应用[J]. 化学进展 2019(12)
• [19].视频帧率上转换检测技术综述[J]. 网络与信息安全学报 2018(10)
• [20].用于安全编码的双模式上转换纳米光开关（英文）[J]. Science China Materials 2019(03)
• [21].半导体上转换单光子探测技术研究进展[J]. 物理学报 2018(22)
• [22].亚微米传输平均自由程的掺铒多孔铌酸锂中的3波长可见上转换荧光（英文）[J]. 南开大学学报(自然科学版) 2017(01)
• [23].福建物构所稀土上转换荧光生物标记材料研究取得新进展[J]. 稀土 2014(02)
• [24].福建物构所稀土上转换荧光生物标记材料研究取得新进展[J]. 硅酸盐通报 2014(02)
• [25].NaYF_4:Yb,Er/Tm上转换荧光纳米材料的合成、修饰及应用[J]. 化学进展 2008(12)
• [26].碱金属离子对稀土掺杂氟化物上转换荧光的影响[J]. 发光学报 2019(01)
• [27].聚集体中的三重态-三重态湮灭上转换[J]. 有机化学 2018(06)
• [28].固态上转换材料制备及其性能[J]. 精细化工 2018(07)
• [29].基于磁分离-上转换荧光标记的副溶血性弧菌免疫检测新方法研究[J]. 食品与生物技术学报 2014(07)
• [30].稀土上转换纳米载体的构建及功能化修饰机制的研究进展[J]. 中国稀土学报 2017(03)

标签：稀土上转换发光纳米粒子论文;  焦磷酸根论文;  碱性磷酸酶论文;  活性氧论文;  硫化氢论文;  抗坏血酸论文;  型发光探针论文;  比率探针和生物成像论文;