开发药物、代谢物、生物酶及能量转换系统物质的传感策略对具体生化分析和临床诊疗过程至关重要。荧光光谱法因具有灵敏度高、响应速度快、操作简便等优点,已被广泛应用于生物传感领域,而制备和选择荧光纳米材料并构建高灵敏传感策略是相关研究的重点之一。碳点(Carbon Dots,CDs)作为一种零维碳纳米材料,具有水分散性好、毒性低、生物相容性好、荧光发射可调、抗光漂白能力强等优点。金纳米簇(Gold Nanoclusters,Au NCs)是由数个至数百个金原子构成的荧光纳米材料,其特点为斯托克斯位移大、光稳定性好、易于化学修饰。基于上述2种材料优异的化学与光学性能可构建多种类型的高性能荧光传感策略。在本论文研究工作中,我们以柠檬酸、乙二胺、二乙烯三胺、乙二胺四乙酸、钙黄绿素等材料作为前驱体,采用水热法制备了4种具有不同发光性质的CDs,并以谷胱甘肽(GSH)为模板剂合成了Au NCs,基于所制备的CDs和Au NCs分别构建了4种比率荧光和比色模式荧光传感策略,并将其应用于药物和生物分子检测及细胞成像过程。具体的研究内容如下:(1)采用水热法以柠檬酸和乙二胺为原料合成了一种蓝色荧光发射CDs,基于其构建了对铜离子(Cu~(2+))和青霉胺(D-pen)具有比率荧光和比色响应的传感策略。邻苯二胺(OPD)与Cu~(2+)间氧化还原反应bone biomarkers的产物2,3-二氨基吩嗪(ox OPD)不仅在555 nm处发出绿色荧光,还在420 nm处展示出明显的吸收,并且可通过内滤效应(IFE)及荧光共振能量转移(FRET)作用猝灭CDs在443 nm处的蓝色荧光。D-pen与Cu~(2+)的强螯合作用会显著抑制上述氧化还原反应,因此443 nm处与555 nm处荧光发射强度的比值(F_(555)/F_(443)与F_(443)/F_(555))和420 nm处的吸光度(A_(420))被用作体系中Cu~(2+)与D-pen含量的响应信号。该双信号传感策略对Cu~(2+)和D-pen表现了出优异的选择性和灵敏度,在比率荧光模式下所得检出限(LOD)分别为0.019μM和0.092μM,在比色模式下所得检出限分别为0.046μM和0.848μM。此外,该传感策略中所应用的各种检测试剂均具有较低的细胞毒性,有利于其在活细胞成像中的应用。(2)采用水热法以氯化铁、乙二胺四乙酸和二乙烯三胺为原料合成了具有类过氧化物酶活性的铁、氮共掺杂CDs(Fe/N-CDs),并基于其构建了可用于检测人体液中过氧化氢(H_2O_2)和相关代谢产物的通用比率荧光和比色双模式传感策略。Fe/N-CDs可催化H_2O_2氧化OPD生成ox OPD,ox OPD在420 nm处具有明显的吸收效应(A_(420))。在370 nm入射光的激发下,Fe/N-CDs与ox OPD分别在449 nm和555 nm处产生荧光发射。Fe/N-CDs与ox OPD之间的FRET作用可导致Fe/N-CDs的荧光(F_(449))猝灭及ox OPD的荧光(F_(555))增强。由于反应体系中所生成的ox OPD量与所消耗的H_2O_2量直接相关,因此可通过监测反应体系的比率荧光(F_(555)/F_(449))和比色(吸光度,A_(420))信号来实现对H_2O_2本身和产生或消耗H_2O_2的https://www.selleck.cn/products/Bleomycin-sulfate.html物质的检测。在相应氧化酶的作用下,该双模式传感策略对人血清和尿液样品中的黄嘌呤和尿酸均表现出了优异的选择性和灵敏度,表明其在监测人体内与H_2O_2相关的代谢产物方面具有较好的潜力。通过该传感策略获得的H_2O_2、黄嘌呤和尿酸的LOD值分别为0.07μM、0.15μM和0.14μM(比率荧光模式)和0.12μM、0.52μM和0.47μM(比色模式)。该传感策略具有较好的通用性,更换相应的氧化酶后即可利用该传感策略实现对人体液中与H_2O_2代谢相关的其他物质的检测。(3)采用水热法以柠檬酸、乙二胺和钙黄绿素为原料合成了一种蓝色荧光发射CDs,以GSH为还原剂和模板剂制备了GSH保护的红色荧光发射Au NCs(GSH-Au NCs),基于所合成的CDs和GSH-Au NCs提出了一个用于实现人血清中的α-葡萄糖苷酶高灵敏检测的比率型荧光传感策略:采用L-抗坏血酸-2-O-α-D-吡喃葡萄糖基(AAG)作为底物,利用其被α-葡萄糖苷酶催化水解生成的产物抗坏血酸(AA)将Ce~(4+)还原为Ce~(3+);Ce~(3+)会选择性地诱导GSH-Au NCs发生聚集,因此可通过监测GSH-Au NCs的聚集诱导发射增强(AIEE)来实现对α-葡萄糖苷酶活性的检测,并基于GSH-Au NCs的红色荧光发射PUN30119采购(650 nm)能力有效降低检测过程中蛋白质自发荧光的干扰;为了抑制检测过程中环境及仪器条件波动的影响,向体系中加入不参与上述反应的CDs,并将其荧光发射作为参比信号。基于该传感策略所获得的α-葡萄糖苷酶活性线性响应范围为0.01 U m L~(-1)-0.1 U m L~(-1),LOD为0.0055 U m L~(-1),对人血清样品测定结果和Hep G2细胞成像结果显示了该策略在临床诊断中的应用潜力。该传感策略中应用的GSH-Au NCs聚集状态调控方式及具体荧光信号响应机理对此类荧光纳米材料的应用具有一定的指导意义。(4)提出了一种基于三磷酸腺苷(ATP)对沸石咪唑框架-8(ZIF-8)结构降解作用的ATP传感策略,并以柠檬酸和二乙烯三胺为原料合成了一种蓝色荧光发射CDs,以GSH为还原剂和模板剂制备了Au NCs,通过将CDs和Au NCs封装到沸石咪唑框架-8(ZIF-8)中,制备了一种高灵敏检测ATP的比率型荧光纳米探针CDs/Au NCs@ZIF-8。在360 nm入射光的激发下,CDs/Au NCs@ZIF-8在469 nm和660 nm处可产生双荧光发射现象,分别对应于CDs的荧光发射和Au NCs的AIEE效应。ATP可与ZIF-8结构中的2-甲基咪唑产生对Zn~(2+)的配位竞争,使传感策略中的ZIF-8结构被破坏,导致包埋于该结构内部的CDs和Au NCs被释放。CDs的释放与分散导致其荧光激发效率上升,故其荧光发射信号得到增强;相反,最初限制在ZIF-8中的Au NCs被释放和分散后,其AIEE效应会减弱,导致其荧光发射信号明显降低。通过将469 nm与660 nm处荧光发射强度的比值(F_(469)/F_(660))作为响应信号,实现了对ATP的高灵敏比率荧光模式检测,所得LOD为0.061μM。该传感策略所用试剂及材料的低细胞毒性有利于其作为荧光指示剂在活细胞中ATP分布成像过程中的应用。该传感策略中应用的聚集态CDs与GSH-Au NCs材料封装和释放分散方式及相应的荧光信号响应机理对此类聚集状态依赖型荧光纳米材料的实际应用具有较好的指导意义。