基于氧化石墨烯的高靈敏度光學(xué)納米生物傳感器研究.pdf

1、本論文將新型納米材料— —水溶性氧化石墨烯（water-soluble graphene oxide ,WSGO）引入到光學(xué)生物傳感器的研究中，充分利用其良好的生物相容性、高的熒光猝滅效率以及大的比表面積的優(yōu)點，設(shè)計了幾種具有高靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性的納米生物傳感器，用來對環(huán)境中的重金屬離子及生物體內(nèi)重要的生物分子等物質(zhì)進行檢測。首先，我們利用水溶性氧化石墨烯設(shè)計了一種多功能傳感平臺，能夠方便、快速、靈敏的檢測 DNA鏈的雜交和氧化損傷

2、，并且也能夠檢測對單鏈 DNA有特異性作用的 S1核酸酶及其抑制劑。以熒光標(biāo)記的單鏈 DNA探針和氧化石墨烯組成的光學(xué)納米生物傳感器，可以同時用來檢測 DNA鏈和 S1核酸酶。由于氧化石墨烯與熒光標(biāo)記的單鏈 DNA之間存在強的非共價結(jié)合力，能夠有效地將熒光猝滅，使熒光處于猝滅狀態(tài)。當(dāng)加入互補 DNA鏈后，雙鏈的形成使 DNA探針脫離氧化石墨烯的表面，熒光信號得以恢復(fù)。然而，當(dāng)其互補鏈在 S1核酸酶或羥基自由基（·OH）存在的條件下被切割

3、成小的堿基片段，從而不能與探針形成雙鏈結(jié)構(gòu)，因此熒光仍然處于猝滅狀態(tài)。根據(jù)熒光信號強度變化的情況，對 S1核酸酶的檢測限達到 2.50×10-5 U。此外，利用該多功能生物傳感器能夠?qū)γ盖泻脱趸瘬p傷作用及其對應(yīng)的抑制劑進行定量分析。其次，我們利用水溶性氧化石墨烯和熒光標(biāo)記的對 Hg2+有特異性作用的分子探針（mercury(II)-specific oligonucleotide, MSO）設(shè)計了一種高靈敏度和選擇性、“turn-on”

4、模式、簡便的 Hg2+傳感器。該探針富含胸腺嘧啶（T），能夠形成 T-Hg2+-T的莖環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)不存在Hg2+時，探針呈現(xiàn)自由卷曲狀態(tài)并且熒光被有效地猝滅。然而加入 Hg2+后，T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)的形成使 MSO探針脫離氧化石墨烯表面，熒光信號得以恢復(fù)。通過熒光檢測的方法，該傳感器對 Hg2+的檢測限能夠達到 pM級（187 pM），具有高的選擇性，并且對很多非特異性金屬離子的響應(yīng)都非常小。磁性納米粒子（MMPs）廣泛用于對生物分子和

5、待測物質(zhì)的固定富集和分離。利用功能化的磁性納米粒子和 8-17核酸酶設(shè)計了一種新型高靈敏度 Pb2+生物傳感器。其中，8-17核酸酶組裝在磁性納米粒子表面作為識別組分，用來捕獲目標(biāo)離子。當(dāng) Pb2+存在時，酶鏈被激活并在 rA處切割底物鏈。此時，8-17核酸酶通過變性使底物鏈上標(biāo)記熒光染料的部分脫離磁性納米粒子表面。將含有熒光染料的溶液收集并檢測，能夠觀察到非常強的熒光發(fā)射表明溶液中存在 Pb2+。該生物傳感器具有良好的特異性，對 Pb