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碳点及其化学发光特性在生物检测中的应用

分析试验室 2023年第3期42卷 392-405页

作者：王志强吴静中国地质大学(北京)数理学院北京100083

碳点(CDs)是一类新兴的纳米材料,尺寸较小,具有良好的光致发光性质、物理化学性质、光稳定性和生物相容性,在生物检测领域具有巨大的应用潜力。化学发光(CL)作为光发射的重要途径之一,在化学检测、生物分析和冷光源等方面的潜在应用,引... 详细信息

碳点(CDs)是一类新兴的纳米材料,尺寸较小,具有良好的光致发光性质、物理化学性质、光稳定性和生物相容性,在生物检测领域具有巨大的应用潜力。化学发光(CL)作为光发射的重要途径之一,在化学检测、生物分析和冷光源等方面的潜在应用,引起了人们的广泛兴趣。传统的CL研究多年,取得了许多研究成果。近年来,纳米材料的迅速发展为CL分析提供了新的发展机遇,将纳米材料引入到液相CL的研究,为CL方法注入了新的活力,已成为当前CL分析的一个研究热点。本文综述了近些年来CDs的合成方法和性质及其在生物检测方面的应用。

关键词：碳点纳米粒子化学发光生物检测

基于上转换纳米材料的荧光共振能量转移技术用于生物检测的研究进展

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中国生物制品学杂志 2023年第8期36卷 996-1001页

作者：郝丽坤宋龙慧(综述) 贺文李宁(审校) 滨州医学院公共卫生与管理学院山东烟台264003

掺杂稀土元素的上转换纳米材料(upconversion nanoparticles,UCNPs)作为新型无机发光材料,因其具有良好的荧光稳定性及生物相容性,并可避免生物材料的自发荧光,在生物传感领域具有明显优势。基于上转换材料的荧光共振能量转移(fluoresce... 详细信息

掺杂稀土元素的上转换纳米材料(upconversion nanoparticles,UCNPs)作为新型无机发光材料,因其具有良好的荧光稳定性及生物相容性,并可避免生物材料的自发荧光,在生物传感领域具有明显优势。基于上转换材料的荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)体系在生物检测方面的应用也越来越广泛。本文就上述转换材料为基础的FRET体系在生物毒素、激素、蛋白质、核酸、细菌等生物检测方面的应用及未来展望作一综述。

关键词：上转换纳米材料荧光共振能量转移生物检测

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纳米酶在疾病治疗中的研究与应用

生物化学与生物物理进展 2024年第3期51卷 575-589页

作者：刘行李奕璇秦梓通赵佳雯周悦捷刘晓菲西安交通大学第一附属医院MED-X研究院再生与重建医学研究所西安710061 西安交通大学医学部西安710061

纳米酶是一种新型的具有类酶活性的纳米颗粒人工酶,在生物检测、抗炎、抗氧化损伤和癌症治疗等疾病诊断和治疗领域展现出良好的应用前景。本文总结了具有不同类酶活性的纳米酶在疾病诊治中的应用,并对影响纳米酶活性的主要影响因素进行... 详细信息

纳米酶是一种新型的具有类酶活性的纳米颗粒人工酶,在生物检测、抗炎、抗氧化损伤和癌症治疗等疾病诊断和治疗领域展现出良好的应用前景。本文总结了具有不同类酶活性的纳米酶在疾病诊治中的应用,并对影响纳米酶活性的主要影响因素进行了阐述,将使相关研究人员更好地了解纳米酶的发展现状,并提供后续研究的相关线索。

关键词：纳米酶疾病治疗生物检测

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巨磁阻抗传感器在生物检测领域的研究进展

微纳电子技术 2022年第1期59卷 1-8,30页

作者：孔云吴次南魏千惠张青竹魏峰贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 有研工程技术研究院智能传感功能材料国家重点实验室北京101407 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺中心北京100029 有研科技集团科技发展部北京100088

对巨磁阻抗(GMI)效应的产生以及基于GMI效应制备的生物传感器的优势进行了简单阐述,分析了GMI生物传感器应用于生物检测的工作原理,并对GMI生物传感器的制备方法以及主要的薄膜结构对GMI比值的影响进行了综合介绍,总结了GMI生物传感器... 详细信息

对巨磁阻抗(GMI)效应的产生以及基于GMI效应制备的生物传感器的优势进行了简单阐述,分析了GMI生物传感器应用于生物检测的工作原理,并对GMI生物传感器的制备方法以及主要的薄膜结构对GMI比值的影响进行了综合介绍,总结了GMI生物传感器在生物检测中的应用,并重点阐述了GMI生物传感器在免疫磁珠、肿瘤标志物、细菌、病毒、细胞检测以及血栓模拟检测方面的研究进展。最后,对当前GMI生物传感器的检测应用所面临的困难进行了总结,并对GMI生物传感器未来的发展方向进行了展望。

关键词：巨磁阻抗(GMI) 生物传感器生物检测免疫磁珠巨磁阻抗(GMI)比值

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用于生物检测的过氧化氢荧光探针研究进展

中国测试 2023年第11期49卷 30-37页

作者：李欣新疆医科大学新疆地区高发疾病研究教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830011

过氧化氢(H_(2)O_(2))是活性氧分子中重要的一种,人体正常水平的H_(2)O_(2)不会对机体造成损害。但是,细胞内过氧化氢的持续过度产生可能会导致细胞和生物分子的氧化损伤,引发生物体多种功能障碍,导致多种疾病的发生。因此,可视化、动... 详细信息

过氧化氢(H_(2)O_(2))是活性氧分子中重要的一种,人体正常水平的H_(2)O_(2)不会对机体造成损害。但是,细胞内过氧化氢的持续过度产生可能会导致细胞和生物分子的氧化损伤,引发生物体多种功能障碍,导致多种疾病的发生。因此,可视化、动态、实时地靶向和准确地定量细胞中的H_(2)O_(2),对于了解其在细胞生理学中的作用进而用于病理诊断的标志物具有至关重要的作用。生物兼容性高的H_(2)O_(2)荧光探针可以对生物样本进行无损分析,具有广泛的应用前景。近年来,多种不同的H_(2)O_(2)荧光探针在相关生物学事件中的应用显著促进H_(2)O_(2)探针在医学和生物学领域的发展。该文介绍近年用于H_(2)O_(2)生物检测的有机探针及无机纳米探针两种荧光探针的研究机理及应用现状,并对探针的存在问题及研究方向进行展望,为进一步进行该领域的研究提供理论支撑。

关键词：过氧化氢荧光探针生物检测

基于后修饰MOF的比率型荧光传感器的构建及生物检测应用

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基于后修饰MOF的比率型荧光传感器的构建及生物检测应用

作者：戴韬扬州大学

学位级别：硕士

生物分子的检测分析可反应出人体的生理健康状态,便于健康管理和疾病预防。近年来,荧光检测方法因具有高灵敏度、高选择性以及操作简单便捷等优点,在生物分子的传感分析领域得到了广泛的应用。已报道大部分工作都是基于单发射荧光信号... 详细信息

生物分子的检测分析可反应出人体的生理健康状态,便于健康管理和疾病预防。近年来,荧光检测方法因具有高灵敏度、高选择性以及操作简单便捷等优点,在生物分子的传感分析领域得到了广泛的应用。已报道大部分工作都是基于单发射荧光信号进行生物分子检测应用,而单发射荧光信号往往会受到人为和环境因素的影响,使得单发射荧光探针的准确性在一定程度上受到限制。相比于单发射荧光探针,双发射荧光探针不仅能通过荧光信号的比值实现自校准进而排除其他影响因素,提高了分析方法准确度;而且能利用两种或多种荧光产生色变,实现肉眼可视化检测,便于实现POC（point-of-care）即使检测。本论文基于稳定的MOF材料,构建了多种比率型荧光传感器,研究了其在生物传感领域的应用。具体研究内容如下:一、基于Eu3+/Ag+后修饰MOF构建比率型荧光传感器用于生物硫醇检测通过水热法进行后修饰合成法,将Eu3+和Ag+分别引入二维Ni-MOF纳米片中,首次合成了具有Eu3+离子（615 nm）和有机配体（524 nm）双发射中心的Ag/Eu@Ni-MOF。基于Ag/Eu@Ni-MOF构建了一种比率型荧光传感器,用于高灵敏检测水溶液中各种硫醇。通过改变Ag+和Eu3+的摩尔比,研究其对纳米材料荧光发射的影响。研究了温度和pH值对Ag/Eu@Ni-MOF荧光的影响,发现该荧光材料是一种温敏材料,并且能在较宽的pH值范围内保持稳定。双发射荧光探针Ag/Eu@Ni-MOF与巯基物质作用后,由于Ag+与-SH的强结合作用,可弱化Ag+对MOFs中能量转移过程的影响,从而显著抑制了有机配体（524 nm）的荧光发射。基于该双发射荧光探针实现了生物硫醇的比率型荧光检测,线性范围为5.00-250 μM,其对Cys和GSH的检出限分别为0.20 μM和0.17μM。此外,还测定了人血清中硫醇的含量。该检测Cys和GSH的方法可通过肉眼直接实现视觉检测,且步骤简便、成本低,非常适合于现场即时检测（point-of-care testing,POCT）。二、基于氯化血红素负载发光MOF构建比率型荧光传感器用于过氧化氢检测构建了一种基于氯化血红素负载荧光金属有机骨架（NH2-MIL-53（Al）/Hemin）的比率型荧光纳米传感器,用于过氧化氢的高效检测。NH2-MIL-53（Al）/Hemin具有双重功能特性:2-氨基对苯二甲酸配体在446 nm处赋予骨架荧光,氯化血红素的负载和后修饰赋予骨架类过氧化物酶催化活性。复合材料会与过氧化氢发生芬顿反应产生羟基自由基,从而促使邻苯二胺（OPD）转变成荧光峰位于573 nm处的2,3-二氨基酚嗪（DAP）。同时由于内滤效应,使得NH2-MIL-53（Al）/Hemin的固有荧光信号（446 nm）被抑制。比率型纳米传感器对过氧化氢在50-1500μM范围内具有较高的灵敏度,其检出限为36.0μM。没有观察到其他物质对目标物质检测产生的明显干扰。此外,我们的纳米荧光比率型传感器被证实可用于人体血清环境中过氧化氢的准确测定。三、基于碳量子点后修饰MOF构建比率型荧光传感器用于胆固醇检测构建了一种基于碳量子点后修饰铁基金属有机骨架（CQDs@MIL-101（Fe））的比率型荧光纳米传感器,用于胆固醇的高效检测。碳量子点的成功负载,在455 nm处赋予了复合材料荧光特性。当胆固醇氧化酶被引入水解胆固醇生成过氧化氢时,由于基底框架MIL-101（Fe）具备类过氧化物酶特性,与过氧化氢发生芬顿反应产生羟基自由基,进而氧化邻苯二胺（OPD）生成具有黄色荧光的2,3-二氨基酚嗪（DAP）。同时由于内滤效应,使得CQDs@MIL-101（Fe）的固有荧光信号被抑制。比率型纳米传感器对胆固醇在5.00-100 μM和100.0-1000μM范围内具有较高的灵敏度,其检出限为4.55 μM。此外,我们的纳米传感器被证实可用于人体血清中总胆固醇（TC）的实时监测。

关键词：后修饰金属有机框架比率型荧光生物检测

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白蛋白/肝素荧光探针的设计及生物检测应用

白蛋白/肝素荧光探针的设计及生物检测应用

作者：梁晓萌河北大学

学位级别：硕士

人血清白蛋白(HSA)和肝素(Hep)是人体内重要的生物大分子,在各项生理功能中发挥重要作用。其中,HSA是血浆中含量最丰富的蛋白质,参与诸多生理过程,如转运内源性物质和外源性药物,维持血浆胶体渗透压,清除自由基,抑制血小板聚集,参与免... 详细信息

人血清白蛋白(HSA)和肝素(Hep)是人体内重要的生物大分子,在各项生理功能中发挥重要作用。其中,HSA是血浆中含量最丰富的蛋白质,参与诸多生理过程,如转运内源性物质和外源性药物,维持血浆胶体渗透压,清除自由基,抑制血小板聚集,参与免疫调节等。血清和尿液中HSA的含量是监测人体健康状态和早期诊断肝肾疾病的重要指标。Hep是人体内负电荷密度最高的线性糖胺聚糖,能够增加抗凝血酶对凝血因子的抑制作用,是临床上应用最广泛的抗凝血药物。过量摄入Hep将导致高钾血症、血小板减少、出血等副作用,因此临床上需要严格控制Hep的用药量。荧光探针技术基于探针分子与HSA或Hep作用后荧光信号的改变,能够建立两者的定性定量方法,表现出特异性强、灵敏度高、响应快、成本低、操作简单等特点。近几年,大量的用于检测HSA或Hep的荧光探针相继被报道,但仍存在缺陷。已报道的HSA荧光探针普遍结合在HSA分子的药物位点上,由于多种内源性物质和外源性药物也结合在此处,探针与共存物存在竞争效应,抗干扰性差,同时还存在稳定性差,不能区分鉴定HSA和牛血清白蛋白(BSA)等缺陷。已报道的Hep荧光探针普遍存在合成步骤繁琐、响应模式单一、抗干扰性弱、稳定性差、样品稀释倍数过高等不足。鉴于此,本课题开展了HSA和Hep荧光探针的设计、合成及应用的研究。针对HSA的检测,以四苯乙烯和苯并咪唑为构建单元,设计并合成了1种荧光探针TPNN。该探针具有聚集诱导发光(AIE)性质和良好水溶性,在水溶液中荧光微弱。遇到HSA后,TPNN嵌入至HSA分子的中部狭长疏水空腔中并通过疏水作用力固定在空腔中,分子内运动被抑制,荧光增强。TPNN对HSA表现出特异性强、灵敏度高、响应速率快、稳定性好等特点,并且两者反应过程受温度和时间的影响较小。TPNN在530 nm处荧光强度与HSA浓度符合线性关系,线性范围为0.014-60μg/mL,检测限为14.33 ng/mL。TPNN能够应用于血清中HSA的定量测定、蛋白尿样本的分级鉴定及HSA去折叠过程的实时监测。针对Hep的检测,以芘和苯并咪唑为构建单元,设计并合成了1种双电荷阳离子荧光探针PYNN,建立了Hep的比色/荧光双模式检测方法。PYNN具有AIE性质和良好水溶性,其分子在水溶液中形成疏松纳米聚集体,荧光微弱。遇见Hep后,PYNN通过静电作用吸附在Hep链上,颜色由无色转变为淡黄色,同时荧光显著增强。PYNN的吸光度比值A/A和荧光强度F与Hep浓度呈现出良好线性关系,线性范围分别为0.0085-7.0μg/mL和0.0061-6.0μg/mL,检测限分别为8.5 ng/mL和6.1 ng/mL。由于发射光谱区域在550-750 nm,PYNN能够有效降低血清背景荧光的干扰。PYNN对Hep的检测过程还具有响应速率快,荧光信号稳定,不受其它粘多糖(如硫酸盐软骨素、透明质酸、葡聚糖等)干扰的优点,能够应用于血清中Hep的精准定量。

关键词：荧光探针白蛋白肝素聚集诱导发光生物检测

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基于场效应管生物传感器的生物检测仪研究

基于场效应管生物传感器的生物检测仪研究

作者：王浩天津科技大学

学位级别：硕士

病原微生物,特别是高致病性病原微生物导致的感染对人类公共卫生造成了巨大威胁。病原微生物的快速准确检测对于感染性疾病的控制,特别是重大的公共卫生事件发挥着关键作用。传统的检测方法存在耗时长、检测仪器体积庞大等缺点,无法满... 详细信息

病原微生物,特别是高致病性病原微生物导致的感染对人类公共卫生造成了巨大威胁。病原微生物的快速准确检测对于感染性疾病的控制,特别是重大的公共卫生事件发挥着关键作用。传统的检测方法存在耗时长、检测仪器体积庞大等缺点,无法满足现场快速检测的要求。硅纳米线场效应晶体管(Silicon Nanowire Field Effect Transistor,Si NW-FET)生物传感器具有响应速度快、灵敏度高、特异性强、易于集成等优点,在对病原微生物检测方面表现出卓越的性能。然而,Si NW-FET生物传感器也面临一些挑战,虽然其灵敏度高,但也容易受到光照、温度和p H等外界环境因素的影响,这也制约了其在生物检测的发展。在此,本文设计了一套基于Si NW-FET生物传感器微流控芯片的集成式纳米生物检测仪。采用微处理器STM32作为核心控制器,进行仪器的硬件系统设计,包括自动进样模块、光调制模块、温度控制模块、串口通信模块、信号采集与放大模块等。同时,采用C语言基于Keil开发环境对仪器的下位机软件进行设计,包括进样控制、光源控制、温度控制、串口通信等;并采用C#语言基于Visual Studio 2017开发环境设计了上位机软件。然后,对仪器的内部结构和外观进行了设计,选用合适的元件,对仪器完成整体集成。最后,对纳米生物检测仪进行了性能测试与应用研究。在对系统电源、温度等硬件部分和利用Si NW-FET微流控芯片进行液体样品测试部分,均表现出了良好的稳定性和抗干扰性。并且使用典型微生物结核分枝杆菌的模拟样本验证了该系统用于生物检测的可行性,检测限为1.0 fg/m L,具有良好的灵敏度。此外,该系统还分析了抗体-蛋白质的结合解离过程,展示了分子间相互作用分析的潜力。本文所研制纳米生物检测仪具有性能稳定可靠、操作简单、集成度高、体积小、便于携带的特点,并有望发展成为一种便携式设备,用于现场生物检测和生物分子相互作用分析,在环境监测、医学研究、食品和农业安全、军事医学等方面具有重要意义。

关键词：生物传感器场效应晶体管生物检测嵌入式系统便携式设备

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三维SERS热点的可控构筑与生物检测应用

三维SERS热点的可控构筑与生物检测应用

作者：郭建伦东南大学

学位级别：硕士

表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）作为一种分子光谱技术,由于其独特的指纹特征和单分子灵敏度而在生物检测领域受到广泛关注。其中,“热点（hotspots）”在SERS检测中起着至关重要的作用。本论文基于原子层... 详细信息

表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）作为一种分子光谱技术,由于其独特的指纹特征和单分子灵敏度而在生物检测领域受到广泛关注。其中,“热点（hotspots）”在SERS检测中起着至关重要的作用。本论文基于原子层沉积（atomic layer deposition,ALD）技术精确制备含有大量高活性热点并能有效捕获目标分子的三维SERS基底Cd S/Mo S@Au NPs,实现对肿瘤标志物micro RNA-182（mi RNA-182）的超灵敏检测。主要研究内容如下:（1）基于ALD技术的Cd S/Mo S@Au NPs纳米阵列制造。使用ALD技术和牺牲模板方法制备Cd S/Mo S@Au NPs纳米阵列,并对样品进行一系列的表征分析。研究发现,通过控制电化学沉积时间可以实现Au NPs尺寸和分布密度的主动调控,通过控制ALD循环数可以精确控制纳米柱之间的距离,进而实现“热点”的精细构筑。（2）Cd S/Mo S@Au NPs的SERS性能研究。对不同电沉积时间和ALD循环数的衬底进行SERS性能优化,发现沉积时间在7 min,ALD循环数为95时,获得最佳的8nm间隙,SERS性能比对照组提升了9.4倍。其中,ALD技术实现了数量众多的高强度“热点”的构筑,这直接提升了基底的SERS性能;另一方面,略大于分析物的8 nm间隙产生了相当大的毛细管力,使被分析物更容易被捕获,更加稳定地锚定在有限时域差分（finite difference time-domain,FDTD）所模拟的高电荷密度区域,从而使“热点”的自激发程度更高。另外,Mo S通过调整能带结构,加快基底与分析物之间的电子转移。（3）基于Cd S/Mo S@Au NPs的超灵敏SERS检测。采用最优电沉积时间和ALD循环数的纳米阵列作为基底,构建SERS传感平台。在最佳的实验条件下,该SERS传感器可以实现在1×10 M～1×10 M范围对mi RNA-182的检测,最低检测限为0.82a M。另外,该SERS传感器表现出良好的灵敏度、特异性和稳定性,血清样品实验也表明该SERS平台潜在的临床应用价值。

关键词：表面增强拉曼散射原子层沉积二硫化钼热点生物检测