一种基于苯并噻唑的长波长双响应性荧光探针对粘度与H_2O_2的检测

H_2O_2是一种常见的生物活性小分子,其在细胞增殖,炎症反应,细胞信号传输等过程中都起着重要的作用。细胞粘度是一项重要的生理微环境参数,其为细胞是否正常运转的关键指标。研究还表明,一些重大的生理疾病与细胞组织的粘度及过氧化氢浓度异常均有着密切的关联,如阿尔茨海默病、癌症。因此开发能有效同时检测H_2O_2及粘度的分析方法对揭示相关生理病理机制及重大疾病的诊断有着重要的意义。研制了一种能有效检测H_2O_2与粘度的双响应型荧光探针(1)。由于存在扭曲分子内电荷转移(TICT)的猝灭效应,探针(1)几乎不具有荧光发射特性。而随着环境体系粘度的增高, TICT效应被抑制,探针(1)呈现出了强的荧光发射,且发射峰位于近红外波段处(680 nm)。随着粘度从1.996 cp增至851.8 cp,探针的荧光强度增幅达到了85倍。探针还能对H_2O_2产生灵敏的荧光响应,发射峰位置在590 nm处。响应原理为H_2O_2能与探针中的苯硼酸基团反应使探针脱除掉与吡啶氮原子相连的亚甲基苯硼酸,从而减弱了探针分子中的TICT效应以及分子内电荷转移(ICT)效应,因此探针溶液荧光发射显著增强且探针溶液的紫外光谱发生了明显的蓝移(吸收峰从540 nm移至460 nm),对应溶液颜色从红色变为黄色。荧光光谱测试表明探针(1)对H_2O_2的检测具有高的选择性与灵敏度,探针体系在590 nm处的荧光强度与H_2O_2的浓度呈良好的线性关系,线性范围为0～25μmol·L~(-1),根据IUPAC的3σ法计算得出检测限为0.34μmol·L~(-1)。此外细胞荧光成像实验表明探针(1)具有较好的生物相容性及细胞膜通透性,且能实现细胞内H_2O_2的成像分析。     

光固定辣根过氧化酶修饰电极的直接电化学

用聚氨酯丙烯酸酯预聚体将辣根过氧化物酶用光固定法制备了辣根过氧化物酶修饰电极.采用循环伏安法研究了该电极在没有媒介体的条件下的电化学性质,并考察了其对H_2O_2的生物电催化活性.结果表明,该电极可以在没有媒介体存在的条件下进行直接而稳定的电子转移.扫描100圈后,扫描时的峰电流仍然几乎不变;在缓冲溶液中保存30天后,其伏安响应仍能保持保存前的约95%以上,且仍保持对H_2O_2电化学还原的生物电催化作用.这为酶电极的制备及酶的固定化提出了新方法.     

基于氨基化石墨烯量子点荧光比率法超灵敏检测辣根过氧化物酶

荧光比率法超灵敏检测辣根过氧化物酶传感器的构建主要基于酶催化邻苯二胺氧化生成2,3-二氨基吩嗪,生成的2,3-二氨基吩嗪能猝灭氨基化石墨烯量子点440nm处的荧光强度,同时伴随2,3-二氨基吩嗪本身在553nm处的荧光信号增强。随着辣根过氧化物酶浓度的增加,2,3-二氨基吩嗪位于553nm处的荧光不断增强且氨基化石墨烯量子点440nm处的荧光逐渐减弱,形成荧光比率信号。当辣根过氧化物酶浓度在2~800fM范围时,其荧光比率信号与辣根过氧化物酶的浓度具有较好的线性关系,对辣根过氧化酶的检出限为0.21fM。该传感器具有良好的选择性和抗干扰能力,并能实现检测过程的可视性。     

氧化反应调控的金纳米簇“关-开”型荧光探针检测过氧化氢和葡萄糖

基于过氧化氢（H₂O₂）氧化单巯基（—S）为双巯基（S—S）,抑制金纳米簇（AuNCs）荧光猝灭,建立了一种灵敏的荧光传感方法用于过氧化氢和葡萄糖（Glu）的检测。DNA为模板合成的金纳米簇作为荧光探针,荧光强度高、稳定且合成简单快速。加入半胱氨酸（Cys）,半胱氨酸上的单巯基可以与金纳米簇发生化学键合反应形成稳定的Au—S键,破坏金纳米簇的结构,导致金纳米簇荧光强度猝灭。但当体系中存在过氧化氢时,将单巯基半胱氨酸氧化成双巯基的胱氨酸。双巯基的胱氨酸不能与金纳米簇发生键合作用,金纳米簇在471 nm处发射出强烈的荧光信号。葡萄糖可以在葡萄糖氧化酶（Gox）的作用下产生过氧化氢,利用该方法进一步开展了对葡萄糖的检测。以金纳米簇荧光强度的变化值F/F₀为纵坐标,过氧化氢或葡萄糖浓度为横坐标,实现了对过氧化氢和葡萄糖的灵敏检测,线性范围分别为10~100和10~200 μmol·L-1,检测下限分别为2.8和3.1 μmol·L-1。选择4种其他糖类化合物和5种金属离子作为干扰物质,均不会抑制半胱氨酸对金纳米簇的荧光猝灭效应,表明该方法具有很好的选择性。用该方法成功检测了胎牛血清样品中的葡萄糖,加标回收率为94.5%~112.7%。此外,该方法可拓展到其他基于酶催化产生过氧化氢体系的分析物检测,如胆固醇、辣根过氧化物酶等,为过氧化氢相关反应的分析提供了一种通用、简便的方法,在临床诊断、食品科学和环境分析等领域具有潜在的应用价值。     

面向生物医学应用的光学氧气纳米传感器

在生物医学领域,溶氧的检测具有十分重要的意义。近年来氧气传感器的研究取得了重要的进展,尤其是纳米尺寸的光学氧气传感器倍受重视。光学氧气纳米传感器具有检测灵敏度高、稳定性好、易于生物功能化等优点,特别适用于在(亚)细胞层次或者生物组织内溶氧的实时检测。本文主要从氧气荧光探针的种类、传感器的基质构成、纳米传感器的构建方法、检测模式和生物医学应用等几个方面出发,结合本研究组在光学氧气纳米传感器的研究进展进行综述,并对其在生物医学领域中的主要应用进行了阐述。     

Fe3O4/CA@CQDs磁性荧光复合材料的制备及表征

为了制备出低毒且性能优异的磁性荧光复合材料,选用发光稳定且生物相容性高的碳量子点(CQDs)作为荧光探针,分别采用一步水热法和化学共沉淀法制备了荧光性能优异的CQDs和超顺磁性四氧化三铁(Fe_3O_4),再以生物相容性较好的柠檬酸(CA)修饰Fe_3O_4,得到表面富含功能性羟基和羧基的Fe_3O_4/CA,通过偶联剂乙二胺将CQDs与Fe_3O_4/CA连接,成功制得Fe_3O_4/CA@CQDs磁性荧光复合材料。并对其进行红外光谱(FTIR)、荧光光谱、振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射仪(XRD)、荧光显微镜及透射电子显微镜(TEM)表征,结果表明:Fe_3O_4/CA@CQDs为核壳结构,粒径为30～40 nm,饱和磁化强度为20.14 A·m~2·kg~(-1),该双功能复合材料具有优良的荧光性能和磁性能,细胞毒性低且生物相容性高,有望取代传统荧光磁性纳米复合材料,并广泛应用于生物医学领域。     

核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用

核酸是携带遗传信息的物质,既存在于自然界中也能够通过成熟技术人工合成。通过体外筛选技术还可以筛选出具有特殊功能的核酸序列,例如核酸适体和脱氧核酶。核酸通过沃森-克里克碱基互补配对原则进行杂交,具有很强的专一性。无论是通过序列设计还是体外筛选,核酸探针在生物标志物的分析与成像应用方面都发挥着重要作用。纳米材料辅助构建核酸功能化纳米探针,可以保护负载的核酸探针不被核酸酶降解,并且无需转染试剂就能进入细胞,在细胞荧光成像应用上具有很大优势。为解决细胞内有些生物标志物含量低、难于检测的问题,目前已构建多种适用于细胞水平的成像信号放大方法来实现对低丰度生物标志物的高灵敏成像。本文主要综述了核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用进展,包括反义寡核苷酸功能化纳米探针、核酸适体功能化纳米探针、脱氧核酶功能化纳米探针等,同时介绍了他们在成像信号放大中的应用。     

一种对Fe(Ⅲ)进行裸眼识别和检测探针的荧光性质

设计合成了甲苯2,4-二异氰酸酯桥联纳米Fe3O4和罗丹明6G的PEG基荧光探针试剂。并用红外光谱、热重分析、透射电镜方法进行了表征。该探针与Fe3+结合显示红色,可以作为一种裸眼检测的试剂用于溶液中Fe3+的检测。该探针对Fe3+具有很强的选择性和高的灵敏性,荧光滴定法研究表明,对Fe3+的检测的灵敏度达到l.5×10-9 mol.L-1,即使溶液中在Fe2+,Mn2+,Ni 2+,Y3+,Eu3+,Ce3+,La3+,Pr3+,Cd2+,Cr3+,Sm3+,Cu2+和Zn2+等共存的条件下,该荧光探针能够高选择的识别出Fe3+,检测不受干扰。而且该探针分子能够穿透HeLa细胞检测细胞内的Fe3+,对细胞有较好的标记功能。该荧光探针试剂有很高的水溶性,且合成过程简单,易于操作。     

一种基于异硫氰酸荧光素的pH纳米传感器制备

无创且实时检测微观环境的pH变化在医疗等领域具有重要的研究价值,本文通过灵活简单的共沉淀方法制备了一种基于pH敏感分子异硫氰酸荧光素(FITC)的荧光pH纳米传感器,FITC的荧光强度随pH值增加发生明显变化,当pH值从3变至9时,荧光强度增大约38倍,基于FITC荧光强度变化可实现对pH的灵敏检测,pKa值为6.07。该荧光pH纳米传感器具有小粒径、高灵敏度、良好的可逆性和生物相容性,在细胞等微环境pH检测方面将具有良好的应用前景。     

基于亚甲基蓝的近红外荧光探针用于HOCl的特异性检测

次氯酸(HOCl)是一种由过氧化氢和氯离子在髓过氧化物酶(MPO)催化作用下产生的活性氧。由于其在机体抵抗病原体的免疫防御中起着至关重要的作用,因此对HOCl的识别和检测具有非常重要的意义。目前,检测HOCl的方法有电分析法、色谱法、化学发光法和荧光分析法,其中荧光检测法以其简单、快速、高选择性、高灵敏度和实时检测等突出优点引起了许多研究者的兴趣。本文以亚甲基蓝(Methylene blue,MB)为荧光母核,设计合成了一种近红外荧光探针MB-1用于HOCl的特异性检测。该探针可在体外特异性检测HOCl,响应之后,荧光会有显著的增强,同时伴有溶液颜色从无色到蓝色的明显变化。该探针对HOCl具有较高的灵敏度,其检测限为8.2 nmol/L。此外,该探针具有较好的抗干扰能力,为在生理水平上检测HOCl提供了可能。     

辣根过氧化物酶催化过氧化氢氧化邻苯二胺反应动力学的研究

本文对辣根过氧化物酶催化过氧化氢与氧化邻苯二胺合成 2 ,3 二氨基吩嗪反应动力学进行了研究。首先是用辣根过氧化物酶催化过氧化氢氧化邻苯二胺合成了氧化产物 ,并且对反应条件、酸度 ,温度 ,邻苯二胺 ,过氧化氢与辣根过氧化物酶不同的摩尔比等进行了研究。用紫外 可见光谱、红外光谱以及元素分析法对该产物进行了表征 ,结果表明 ,其产物为 2 ,3 二氨基吩嗪。然后用紫外可见分光光度法 ,根据Michaelis Menten(M M )方程研究了辣根过氧化物酶催化过氧化化氢氧化邻苯二胺反应 ,选择了最佳实验条件 ,确定了最大吸收波长λ =4 4 6 3nm ,pH =4 85和反应温度t=2 2℃ ,进行了一系列实验 ,从而确定了体系的反应级数 ,其结果表明 ,这个反应可以视为单底物反应进行处理 ,并且在实验和理论方面作出了论证 ,并且还求出Km =6 0 2× 10 - 3mol·L- 1 ,vm =7 2× 10 - 2 ΔA·min- 1 。     

一种可用于酚类化合物检测的酶传感器

利用溶胶-凝胶法将辣根过氧化物酶(HRP)固定化于二氧化硅凝胶网络中构建了可用于酚类化合物检测的酶传感器。对二氧化硅载体材料进行了结构表怔。二氧化硅多孔材料的平均孔径为2.95 nm。孔径小于5 nm占总数的84.068%。由于辣根过氧化物酶的分子尺寸远远大于二氧化硅的凝胶网络的平均孔径,因此不会泄露到溶液中去,而尺寸较小的底物可以发生反应。包埋的辣根过氧化物酶在H₂O₂的存在下,能够催化氧化苯酚与4-氨基安替比林反应生成醌亚胺有色化合物。通过紫外-可见光谱测定醌亚胺有色化合物的吸光度,即可以确立苯酚的含量。对于象含氯酚类的重要污染物, 如邻氯酚、间氯酚、2,4-二氯酚,这种方法也同样适用。此外,对多次测定以后的酶的活性下降的问题进行了讨论,结果表明酶传感器可以重复使用10次以上。但响应时间会变长。     

功能性L-Cys-CdS纳米荧光探针的合成及其光谱性质研究

报道了功能性L-Cys-CdS纳米荧光探针的合成,研究了pH值、反应时间、不同Cys/Cd2＋/S比例等条件因素对其吸收光谱和荧光光谱性质的影响,并以该纳米粒子为荧光探针,初步探讨了锌离子与对它的荧光增敏作用,结果表明在1～15 μmol·L-1测定区间内锌离子呈现出良好的线性(r2=0.996 4).检测限为0.3 μmol·L-1。该方法简便、快速、灵敏,可望将该纳米荧光探针用于生物基质样品中微量元素的测定。     

基于铜离子（Ⅱ）类过氧化物酶性质可视化比色法检测过氧化氢

过氧化氢（H₂O₂）在食品工业、环境监测分析、燃料电池、临床诊断等领域得到十分广泛的应用。过氧化氢不仅是严重疾病的生物标志物,也是重要的食品添加剂。无论从食品安全还是人类健康考虑,对过氧化氢构建简便、快速、灵敏的检测方法具有重要意义。比色法因具有易操作、成本低及检测结果可视化等优点被广泛关注。比色法普遍使用的酶是辣根过氧化物酶(HRP)。但天然酶存在易失活、生产成本高及稳定性差等不足。纳米酶克服了HRP易失活的缺点。然而部分纳米酶合成复杂、需要表征、水溶性差及催化活性低等。与HRP和纳米酶相比,具有类过氧化物酶性质的铜离子（Ⅱ）,不仅具有灵敏度高的特点,而且不需要复杂的合成、易获得、易储存、不需修饰可直接使用、操作简单及分析成本低廉等优势。铜离子（Ⅱ）类酶能够通过催化过氧化氢生成羟基自由基,氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）而产生氧化态TMB,使溶液的颜色由无色逐渐转变为蓝色,从而产生光信号,这些光信号可以肉眼识别和通过紫外分光光度计检测。基于上述原理构建过氧化氢的快速比色传感并应用于银耳样品的检测。实验考察了体系中过氧化氢浓度、pH值、温度等因素对吸光度的影响。选择缓冲溶液pH值为3.0,温度40 ℃,TMB和铜离子（Ⅱ）浓度分别为6.0×10-4和8.0×10-3 mol·L-1,反应时间为20 min。在最优条件下,过氧化氢浓度与体系的吸光度值呈良好的线性关系,线性范围是0.08~40 μmol·L-1,检测限为0.14 μmol·L-1。该法可检测银耳中过氧化氢的浓度,加标回收率在97.10%~107.08%之间,相对标准偏差（RSD）小于5%。该研究无需特殊检测设备条件下实现过氧化氢的简单、快速、成本低廉且灵敏的可视化检测,有利于过氧化氢的定量检测在食品领域和临床上的快速推广。     

基于高选择性SERS传感器的过氧亚硝基阴离子检测

过氧亚硝基阴离子(ONOO^-)是一种重要的活性氮/氧物种,具有极强的氧化和硝化能力,能与生物体内的硫醇、蛋白质、脂质和DNA等多种生物分子发生反应,产生一系列有害的生化效应,如氧化应激和炎症等,导致细胞死亡和器官损伤。因此,检测生物体内的ONOO^-对于疾病的早期诊断具有重要意义。基于此,我们利用3-甲氧基苯硼酸频那醇酯(3-MAPE)修饰金纳米颗粒(Au NPs)制备了高选择性传感ONOO^-的表面增强拉曼光谱传感器(Au NPs/3-MAPE)。该传感器的原理是ONOO^-可以将探针上的硼酸基团氧化成羟基,从而引发传感器的SERS光谱改变。结果表明,该传感器对ONOO^-的选择性高,具有优异的灵敏度和检测限,检测限低至0.48μmol·L^-1。该传感器可以满足对ONOO^-的检测需求,具有很高的应用潜力。     

基于葡萄糖氧化酶-辣根过氧化物酶催化体系的葡萄糖SERS定量分析研究

葡萄糖氧化酶法(glucose oxidase,GOx)是生物体系以及葡萄糖检测中常用的方法,其中葡萄糖氧化酶可以专一地催化葡萄糖生成葡萄糖酸以及过氧化氢(H2O2)。葡萄糖氧化酶内部的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)则是其主要的活性成分,在葡萄糖的催化氧化过程中起着电子传递的作用。传统的葡萄糖氧化酶法主要是通过借助辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)/TMB显色体系完成对葡萄糖的定量分析,即葡萄糖氧化酶可以特异地催化氧化葡萄糖,产生H2O2。在H2O2存在的体系中,辣根过氧化物酶可以将底物分子四甲基联苯胺(TMB)催化氧化。表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一种超灵敏检测手段并且被广泛应用于生物检测中[1]。经研究发现,TMB分子具有很高的SERS活性,并且TMB分子经过催化反应之后,其SERS光谱发生明显的增强,我们以此实现葡萄糖的定量分析研究。     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。     

点击化学介导的检测范围可调节的微流控免疫传感器的研究

基于点击化学反应与微流控芯片构建了检测范围可调节的多元免疫传感器。利用点击化学反应可控自组装合成了辣根过氧化物酶纳米复合物,通过控制在不同抗体上点击化学配体的数量,在不同抗体上可控标记不同数量的纳米酶复合物,将标记不同数量酶的抗体与微流控芯片相结合构建了一种检测范围从pg·mL~(-1)~μg·mL~(-1)的检测范围可调的新型免疫传感器。构建的检测方法为临床样本中痕量标志物及高浓度标志物的同时准确检测提供了可能,它在现场即时检测中有着良好的应用前景。     

检测活性氧的荧光探针新进展

活性氧对于人体是十分重要的。然而,过量的活性氧是相当有害的,它们会对人体产生氧化损伤,导致细胞死亡。活性氧现在已经引起了化学、生物、医药等多个领域学者的浓厚兴趣,它们被认为和多种病理条件有密切的联系。由于活性氧寿命短、反应活性高,并且大部分都存在于体内很难被捕获,因此它们的分析测定是一项国际性难题。荧光探针作为活性氧的高灵敏的检测分析物,已经得到越来越广泛和深入的研究。由于每一种活性氧都有它独特的生理学活性,因此设计高选择性的,能够检测具体一种活性氧的荧光探针分子就显得十分重要。本文主要对近三年来检测单线态氧、过氧化氢、超氧阴离子和羟自由基这四种活性氧的荧光探针的研究进展进行综述,关注这类荧光探针的检测机理以及具体应用。     

金纳米棒核／二氧化硅壳纳米复合结构的可控制备及细胞成像

采用模板合成以及溶胶凝胶方法制备了金纳米棒核／二氧化硅壳（GNR@SiO2）纳米复合粒子,探讨了这种新型纳米复合结构的可控制备、光谱性质、细胞毒性和细胞成像。通过紫外可见分光光度计、透射电镜、共聚焦显微镜对样品进行表征,结果表明：通过对反应时间的调控,获得的纳米复合粒子的二氧化硅壳层厚度可以控制在20～30nm。由于二氧化硅壳层的存在,大大提高了金纳米棒的稳定性,同时降低了金纳米棒的细胞毒性;此外,由于二氧化硅壳层具有良好的化学修饰作用,因此可以将荧光探针分子标记在二氧化硅壳层表面,修饰后的纳米复合粒子可以通过细胞内吞作用进入细胞,从而实现细胞内的光学成像。因此,该纳米粒子复合材料在生物传感、细胞成像以及光热治疗等方面有着良好的应用前景。