碳点的性质及其在生物传感器领域的应用

碳点(carbon dots,CDs)作为一种具有优良生物相容性、低毒性和表面功能可调的新型碳基纳米材料,在生物传感领域具有极大的应用潜力.本文对碳点的生物效应、发光性质及其发光机理进行了简述,并根据传感机制的不同,将CDs在生物传感领域的应用分为荧光(fluorescence,FL)传感器、电致发光(electrochemiluminescence,ECL)传感器以及化学发光(chemiluminescence,CL)传感器三类进行综述.最后分析了CDs目前在生物传感器领域应用中存在的问题,并对其发展进行了展望.     

微纳电化学传感界面的构建及其用于单细胞实时监测

细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位.常规检测群体细胞的方法往往会掩盖细胞间的个体差异,因此亟需发展高效的单细胞分析策略,深入研究细胞生命活动过程,揭示疾病发生发展机制,推动个体化诊疗.超微电化学传感器具有尺寸小、灵敏度高、时空分辨率高等特点,在单细胞实时动态监测方面发挥了非常重要的作用.目前,微纳电化学传感器在电极制备、高性能传感界面构建、理论分析等方面已取得重要进展,且在单细胞实时监测及相关细胞机制研究方面取得突破.然而,单细胞内环境复杂、活性分子浓度低且随时空高度动态变化,这对微纳电化学传感器的灵敏度和选择性等综合性能提出了更高要求.我们课题组长期从事基于微纳电化学传感的单细胞与亚细胞实时动态监测研究,本文主要介绍了我们近10年来在该领域的研究进展,并对未来的挑战与机遇进行了探讨.     

金纳米粒子组装体的连续离散型纳米结构控制

采用柠檬酸钠还原氯金酸的方法,制备出粒径均一的金纳米粒子(AuNPs),通过加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BSPP),增强了AuNPs体系的分散性与稳定性.选用直径为15和40nm的AuNPs,用不同序列巯基修饰的单链DNA连接到其表面,通过DNA链的杂交,形成不同结构的金纳米粒子组装体.通过改变加入DNA延长连接单元的比例,可以控制金纳米粒子组装体具有连续离散型的1∶1,2∶1和3∶1纳米结构.     

表面形貌控制增强铁基载氧体与褐煤化学链燃烧反应活性

为探究载氧体形貌控制获取适用于化学链燃烧的高活性表面结构载氧体的可行性,以Fe2O3作为模型载氧体,从理论上对比研究Fe2O3的高弥勒指数晶面(104)和Fe2O3自然裸露的最主要晶面之一(001)的表面电子特性,结果表明,Fe2O3(104)的电子结构更有利于表面与煤模型分子的相互作用.基于理论分析结果,从实验上控制制备了单晶载氧体Fe2O3(104)/Al2O3,研究了该载氧体与褐煤的化学链燃烧反应特性.Fe2O3(104)/Al2O3比传统浸渍法制备的载氧体Fe2O3/Al2O3具有更高的反应活性,与理论计算结果一致.元素分析表明,Fe2O3(104)/Al2O3与褐煤反应的积碳量远少于Fe2O3/Al2O3与褐煤反应的积碳量.对比新鲜载氧体及再生后载氧体的结构发现,Fe2O3(104)/Al2O3在反应过程中不断进行氧化还原反应而发生结构弛豫后,仍然能通过氧化再生.这表明形貌控制制备可为化学链燃烧技术开发新型高效载氧体提供新思路.     

酶注射式葡萄糖生物传感器建模方法研究

建立了酶注射式生物传感器的机理模型,并通过实验验证模型精确性.用传感器检测1和2 mg/mL葡萄糖溶液得到电压数据,通过数据拟合确定模型参数.将浓度值3 mg/mL带入模型得到预测曲线,再将其与传感器检测数据拟合后曲线进行比较,验证模型精确性.结果表明,参加反应的酶液米氏常数Km为1.97,数学模型与实际传感器工作模型相关系数(R2)为0.998.     

设计核酸适配体智能逻辑开关平台用于肿瘤细胞多参数识别及智能给药

与正常细胞相比,癌细胞通常在其表面表达与肿瘤相关的特异性标志物。通过细胞膜表面多个特异性肿瘤标志物来确定癌症细胞及其分型以达到准确诊断并治疗癌症,一直是科学家们追求的目的。最近,湖南大学化学化工学院和生物学院教授,化学生物传感与计量学国家重点实验室主任谭蔚泓领导的分子科学和分子医学实验室(MBL)利用核酸适配体作为基本的分子元件,在细胞表面构建了一种智能逻辑开关平台,依据细胞     

基于石墨烯的毒死蜱分子印迹电化学传感器的制备及对毒死蜱的测定

利用分子印迹技术,以马来松香丙烯酸乙二醇酯为交联剂,使用自由基热聚合法在石墨烯修饰的玻碳电极表面合成毒死蜱( CPF)分子印迹聚合膜,制得了CPF分子印迹电化学传感器。采用循环伏安法、线性扫描伏安法和电化学交流阻抗法等,考察了此CPF分子印迹膜的电化学性能。在最佳检测条件下,传感器的峰电流与CPF浓度在2.0×10-7~1.0×10-5mol/L范围内呈线性关系,线性方程为Ip(μA)=-7.1834-0.2424C (μmol/L),相关系数r2=0.9959,检出限为6.7×10-8 mol/L(S/N=3)。构建了CPF分子印迹电化学传感器的动力学吸附模型,测得印迹传感器的印迹因子β=2.59,结合速率常数k=12.2324 s。传感器表现出良好的重现性和稳定性,并成功用于实际水样和蔬菜样品中CPF的测定,加标回收率为94.1%~101.4%。     

电氧化异丙肾上腺素的纳米复合电催化剂：用作传感器

在金纳米粒子(AuNPs)上经苯硫酚衍生物(3,4二羟基苯基-偶氮-苯硫酚, DAT)自组装制得了一种新型纳米复合物,用于修饰玻璃碳电极(GCE/AuNP-DAT).采用循环伏安法研究了该新型电极的性质,并将其用作异丙肾上腺素(IP)电催化剂,考察了该纳米复合物的电催化活性,从而得到反应机理和催化反应速率常数.由于GCE/AuNP-DAT电极对尿酸氧化没有电催化活性,因此可将IP的氧化信号从该改进电极中分离出来,从而排除了尿酸对IP测定的干扰.该电极可作为传感器,当用于差动脉冲伏安法测定IP时,线性动态范围为1.0–1500.0μmol/L,检测极限为0.46μmol/L.     

C3对称性含膦三足体衍生物及其Eu(Ⅲ)配合物的合成以及与DNA相互作用的研究

设计合成了一种新的C3对称性含膦三足体衍生物N',N',N'-三(亚磷酸三乙酯)缩氨三乙酸(L)及其Eu(Ⅲ)配合物.用1H NMR、13C NMR、红外光谱、元素分析、差热-热重及紫外光谱对其组成和结构进行分析和表征.结果表明,三足体衍生物与稀土苦味酸盐(Eu(pic)3·6H2O)形成了1:1配合物Eu(pic)3L.综合运用紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法和循环伏安法研究了Eu(pic)3L与小牛胸腺DNA之间的结合模式,结果表明,配合物Eu(pic)3L与DNA之间以嵌插形式发生相互作用.将该配合物作为杂交探针,对其在DNA电化学传感器方面的应用进行了探讨.结果发现,该配合物在修饰单链DNA的电极检测作用下,无明显的电化学信号响应,而当将其用于检测杂交双链DNA时,出现了明显信号,并且该配合物的DNA传感器对互补序列、错配序列及非互补序列都有良好的选择作用.     

钌(Ⅱ)配合物[Ru(dpq)2L]4+的合成、晶体结构及与G-四链体DNA的相互作用

以cis-[Ru(dpq)₂Cl₂]·2H₂O(dpq=二吡啶[3,2-d:2',3'-f]二氮萘)为原料与5,5'-二(1-(三乙胺)甲基)-2,2'-联吡啶阳离子(L)合成钌(Ⅱ)配合物[Ru(dpq)₂L](PF₆)₄,并研究了该配合物与G-四链体DNA的作用:FRET实验表明,配合物对人端粒DNAh-telo具有选择性,其作用能力要强于同癌基因启动子区域的四链DNA,如c-myc和bcl2;CD光谱表明,在Na⁺和K⁺都不存在的情况下,配合物能诱导h-telo形成平行结构;此外,紫外和发射光谱都显示,配合物在K⁺溶液中与h-telo的作用力要大于在Na⁺溶液中的。