基于稀土纳米粒子的光学生物传感器的设计与应用-分析化学专业论文.docx

I I 基于稀土纳米粒子的光学生物传感器的设计与应用 摘要 在纳米生物传感器中，用稀土纳米粒子作为探针，具有很多的光学 优势，如发射光谱窄而对称，光化学稳定，荧光寿命长，荧光量子产率 高，低毒性等。其中，上转换稀土纳米离子（UCNPs）因其特殊的反斯 托克斯发光现象，使其在生物或医学研究中，显示出非常低的自体荧光 背景干扰和深的穿透能力，同时避免光对生物样品的损伤。结合生物传 感器的优点（生物反应的特异性和多样性），本论文设计合成了稀土纳米 粒 子 CePO4:Tb3+ 、和稀土上转换纳米离子 NaYF4:Yb3+,Er3+ 和 NaYF4:Yb3+,Tm3+，并对 UCNPs 进行特定适配子的修饰，藉荧光共振能 量转移技术，建立对生物分子（金属离子 Co2+、Hg2+；蛋白质凝血酶） 分析的新方法。具体概括如下： （1）利用硝酸铽、三聚磷酸钠为原料，采用简单易操作的水热合成 方法，成功合成了 CePO4:Tb3+稀土纳米晶。以 CePO4:Tb3+ 纳米晶作为供 体，以 Co2+离子作为受体，建立 FRET 体系。基于 CePO4:Tb3+ 纳米晶的 荧光猝灭现象，建立了一种简单、快速的 Co2+离子的测定方法。并初步 探 讨 了 猝 灭 机 理 。 在 最 优 化 条 件 下 ， 测 定 Co2+ 离 子 的 线 性 范 围 ： 5nM-1.8μM，检测限为 3.5nM。并用于多种水样的测定，结果令人满意。 （2）采用水热/溶剂热法合成了 NaYF4:Yb3+,Er3+和 NaYF4:Yb3+,Tm3+ 纳米粒子，分别以它们作为能量供体，不同最大吸收波长的 Au NRs 作 为相应的能量受体，建立 FRET 体系。然后对它们分别修饰上凝血酶的 适配子，在水样和血样中对凝血酶进行了测定。在最优化条件下，两种 II II 体系在水样中对凝血酶的检测范围分别是 2.5-90nM 和 0.375-11.25nM， 检测限分别是 1.5nM 和 0.118nM。 （3）以制备的 NaYF4:Yb3+, Tm3+纳米粒子为能量供体，吸收峰在 806nm 的 Au NRs 为能量受体，建立 FRET 体系。然后分别对两探针进 行 Hg2+离子适配体的修饰，从而建立了 Hg2+离子的选择性检测。在最优 化条件下，测定 Hg2+离子的线性范围为：5-100nM，检测限为 2nM，此 法用于水样和血清样品的测定，结果令人满意。 关键词：稀土纳米粒子；生物传感器；荧光共振能量转移；适配子；金 纳米棒；凝血酶；汞离子 PAGE PAGE IV Study and application of optical biosensor based on rare-earth nanoparticles Abstract Among various nanobiosensor, it has a lot of advantage when using rare-earth nanoparticles as probe, such as larger stokes shifts, narrow emission profiles, long fluorescence lifetime, and low toxicity. At the same time, because of the special anti-stokes luminous phenomenon, upconversion rare-earth nanoparticles (UCNPs) show very low background fluorescence, minimal photo damage and deep penetration in the analysis of biological and medicinal application. Combine with the virtue of biosensor (specificity and diversity of biological reaction), we synthesized rare-earth-based fluorescent materials CePO4:Tb3+, NaYF4:Yb3+,Er3+ and NaYF4:Yb3+,Tm3+ UCNPs，and modified UCNPs with different aptamers, then established novel methods for determination of biological substances based on FRET. The details are summarized as follows: