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基于内滤效应和功能核酸的荧光传感体系设计

姜香宇

  近年来,生物和环境重要分析物的识别与传感已发展成为传感领域的重要目标之一。人们已经建立了许多方法,例如高效液相色谱、质谱和原子吸收光谱等。其中,最受关注的是比色分析法和荧光分析法。内滤效应(inner-filter effect,IFE)是荧光分析法的主要误差来源,但是分析化学家巧妙地利用IFE把分析物的吸收信号转变为荧光信号,提高了分析方法的灵敏度。由于生物大分子DNA水溶性好、生物相容性好、对目标分析物可以特异性识别且合成简单,因此分析化学家已基于功能核酸设计了多种荧光传感体系,选择性好、灵敏度高、无损伤,适合用于复杂样品的检测。本论文简单论述了基于内滤效应和功能核酸荧光传感器的研究进展,并进行了以下研究:(一)结合文献报道和本实验室前期工作,据我们所知,本文首次研究了3,3′,5,5′-四甲基联苯胺氧化物(oxidized TMB,oxTMB)与α,β,γ,δ-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐(α,β,γ,δ-Tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphyrin p-Toluenesulfonate,TMPyP)之间的IFE,并基于此设计了一个谷胱甘肽(GSH)荧光传感体系。没有GSH时,Ag+氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine,TMB)生成蓝色的oxTMB,该氧化物在652nm处有很强的吸收峰,而TMPyP在658nm处具有很强的发射荧光,能与oxTMB的吸收峰很好地重叠。因此,TMPyP的发射荧光被oxTMB吸收,荧光强度很弱。GSH存在时,GSH还原oxTMB形成TMB并且能与Ag+结合形成Ag+-GSH复合物,这使得oxTMB的量减少,oxTMB与TMPyP的内滤效应减弱,TMPyP的荧光恢复。在最优实验条件下,荧光强度F658与GSH浓度(0.1-20μM)的对数成线性关系,检测限是30 n M(S/N=3),在胎牛血清样品中加标回收率为95%-102%,并且选择性好,能明显区分开半胱氨酸。(二)硫磺素T(thioflavin T,ThT)可以诱导富G序列形成G-四链体结构,且自身荧光增强。但据我们所知,目前还没有Th T诱导两条富G序列形成分裂式G-四链体的报道。本文首次研究了Th T诱导两条富G序列形成分裂式G-四链体的能力,并基于此设计了一种简单的免标记信号增强型Hg~(2+)荧光传感器。体系中没有Hg~(2+)时,两条DNA序列以ss DNA形式存在,与Th T作用力非常弱,体系荧光信号特别低。Hg~(2+)存在条件下,两条DNA序列会形成“T-Hg~(2+)-T”双链结构,这使得分别与之相连的两条富鸟嘌呤(guanine,G)序列相互靠近并形成分裂式G-四链体结构。信号分子Th T不仅能与G-四链体结合还能嵌入ds DNA,荧光信号显著增加(大约16倍)。该传感器对Hg~(2+)的灵敏度较高,最低检测限为30 n M(S/N=3),并应用于胎牛血清中Hg~(2+)的定量分析,结果令人满意。(三)荧光染料DAPI可以选择性地结合富含AT碱基的ds DNA,NMM可以嵌入G-四链体中且他们自身荧光增强,基于该现象,结合错配的T-T碱基对Hg~(2+)的特异性识别,设计了一种双信号增强的比率型Hg~(2+)荧光分析新方法。体系中没有Hg~(2+)时,两条DNA序列以ss DNA形式存在,体系荧光信号特别低。Hg~(2+)存在条件下,两条ss DNA形成“T-Hg~(2+)-T”双链结构,同时两条富鸟嘌呤(guanine,G)序列相互靠近并形成分裂式G-四链体结构,染料DAPI和NMM分别嵌入ds DNA和G-四链体中,荧光信号显著增强。此时,荧光强度值△DAPI*△NMM与Hg~(2+)浓度(0.05-3μM)呈线性关系,△DAPI、△NMM分别表示在加入Hg~(2+)前后体系在455 nm处、610nm处的荧光强度比值,检测限为10 n M(S/N=3),在胎牛血清中Hg~(2+)的加标回收率为98%-106%,结果令人满意。……   
[关键词]:内滤效应;功能核酸;荧光传感体系;谷胱甘肽;Hg~(2+)
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2017年