量子点-配体构型荧光探针的可控制备及其用于细胞成像分析

论文摘要

量子点（QDs）是一类重要的生物光子学纳米材料,拥有诸多优良的性质:如高荧光量子产率、宽谱带吸收、窄谱带发射、波长连续可调和抗光漂白性好的光学性质,易发生电荷转移和能量转移的电子学性质,以及表面易修饰的化学性质。基于量子点的荧光探针具有高灵敏度、高选择性、低成本和可视化好等优点,被广泛应用于生物分析与传感、生物芯片及生物成像等研究领域。本论文以量子点作为纳米骨架,重点研究了配体在其表面的超分子组装方法,构建了多个量子点-配体构型的荧光探针,系统评估了其分析性能,最终实现了细胞膜表面生物素受体和细胞核中G-四链体高分辨的荧光成像分析。论文主要研究内容如下:1.QDs-PB荧光探针的可控构建及其用于生物素受体的荧光成像分析。QDs-PB荧光探针通过两步超分子反应构建:第一步,以红色包硅量子点（rQD@SiO2）为骨架,绿色量子点（gQDs）通过静电作用吸附到其表面,构建具有“core-satellite”结构的双色量子点（QDs）纳米结构;第二步,新合成的生物素受体（BR）配体,邻菲啰啉-生物素（PB）,通过金属亲和力配位作用组装到gQDs表面并猝灭其荧光。通过BR-PB特异性识别,QDs-PB荧光探针实现了亲和素（AV）的比率荧光检测:rQD@SiO2荧光保持不变,gQDs荧光恢复,显示出高灵敏的检测特性,检测限为0.1 nM。由于PB分子的“love-hate”特性,QDs-PB荧光探针实现了AV的特异性检测,不能识别链霉亲和素（SA）。依靠比率荧光响应,QDs-PB荧光探针呈现了红-黄-绿“信号灯”式的颜色变化,具有高可视化的检测效果。QDs-PB荧光探针实现了细胞膜表面AV选择性的荧光成像。进一步利用细胞膜表面AV的荧光成像,实现了宫颈Ect1/E6E7细胞和宫颈癌HeLa细胞的区分;以“信号灯”的方式实现了“BR+”型肿瘤细胞如肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞、乳腺癌MDA-MB-231细胞和乳腺癌SKBr3细胞,及“BR-”型肿瘤细胞如结肠癌HCT116细胞的有效区分。此外,利用细胞膜表面AV荧光成像,实现了宫颈癌HeLa细胞周期的监控。2.QDs-DI荧光探针的可控构建及其用于G-四链体（G4）的传感分析。QDs-DI荧光探针通过两步超分子反应构建:第一步以绿色包硅量子点（gQD@SiO2）为骨架,红色量子点（rQDs）通过静电作用吸附到其表面,构建具有“core-satellite”结构的双色量子点（QDs）纳米结构;第二步,新合成的电中性稠环配体,二吡啶并吩嗪咪唑酮（DI）,通过金属亲和力配位作用组装到rQDs表面并猝灭其荧光。通过G4-L特异性识别,QDs-DI荧光探针实现了G4的比率荧光检测:gQD@SiO2荧光保持不变,rQDs荧光恢复,显示出高灵敏的检测特性,检测限为7 nM。由于DI的尺寸匹配性,QDs-DI荧光探针实现了G4的特异性检测,不能识别单链及双链DNA。依靠比率荧光响应,QDs-DI荧光探针呈现了绿-橙连续的颜色变化,具有高可视化的检测效果。通过细胞培养,QDs-DI荧光探针实现了细胞核中G4的传感分析,可以用于肝L02细胞和肝癌HepG2细胞的区分。利用竞争性的G4/DI作用导致QDs-DI荧光探针比率荧光发生变化,实现了G4靶向药物的筛选;通过核酸杂交造成QDs-DI荧光探针比率荧光反生变化,实现了单碱基突变的检测。3.QD@ZnPc荧光探针的可控构建及其用于G4的荧光成像分析。QD@ZnPc荧光探针通过两步超分子反应构建:第一步为QD的生物功能化,通过绿色量子点表面偶联聚乙二醇（PEG）、叶酸（FA）和细胞核定位多肽TAT实现;第二步为G4配体的负载,选择大环平面、带正电的G4配体酞菁化锌（ZnPc）,通过超声辅助、以静电作用组装到QD表面。QD@ZnPc探针具有小尺寸、电中性、高稳定性、低毒性和细胞核靶向性等特点。由于ZnPc对G4具有高亲和力,QD@ZnPc荧光探针通过ZnPc红色荧光/QD绿色荧光比率实现了G4的高灵敏检测,检测限为0.1 nM。由于ZnPc尺寸匹配性,QD@ZnPc荧光探针实现了G4的特异性识别,不能识别单链及双链DNA。在成像过程中,利用QD荧光实现了QD@ZnPc荧光探针在细胞中的示踪,利用ZnPc红色荧光实现了细胞核中G4的原位荧光成像。进一步,利用G4的原位荧光成像,实现了肝癌HepG2细胞周期的监控。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 论文的研究背景
•   1.2 荧光探针
•     1.2.1 荧光探针的结构
•     1.2.2 荧光探针的识别机理
•     1.2.3 荧光探针在细胞成像中的要求
•     1.2.4 荧光探针的分类
•   1.3 量子点荧光探针
•     1.3.1 量子点的基本概念
•     1.3.2 量子点的光学性质
•     1.3.3 量子点荧光探针的定义
•     1.3.4 量子点荧光探针的构建
•     1.3.5 量子点荧光探针在细胞成像中的应用
•   1.4 论文内容和研究意义
•   1.5 论文结构介绍
•   参考文献
• 第二章 量子点-生物素受体配体荧光探针的可控制备及其用于亲和素型生物素受体成像分析
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验材料与仪器
•     2.2.2 实验方法
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 QDs-PB荧光探针的可控构建
•     2.3.2 QDs-PB荧光探针亲和力的评估
•     2.3.3 QDs-PB荧光探针选择性的评估
•     2.3.4 QDs-PB荧光探针用于宫颈癌HeLa细胞膜亲和素型生物素受体的荧光成像
•     2.3.5 QDs-PB荧光探针用于区分肿瘤细胞类型
•     2.3.6 QDs-PB荧光探针用于监控宫颈癌HeLa细胞周期
•   2.4 本章小结
•   参考文献
• 第三章 量子点-稠环分子DI荧光探针的可控制备及其用于G-四链体传感分析
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验材料与仪器
•     3.2.2 实验方法
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 QDs-DI荧光探针的可控构建
•     3.3.2 QDs-DI荧光探针亲和力的评估
•     3.3.3 QDs-DI荧光探针选择性的评估
•     3.3.4 QDs-DI荧光探针用于活细胞G-四链体的传感分析
•     3.3.5 QDs-DI荧光探针用于G-四链体靶向药物的筛选
•     3.3.6 QDs-DI荧光探针用于单碱基突变的检测
•   3.4 本章小结
•   参考文献
• 第四章 量子点-大环分子荧光探针的可控制备及其用于细胞核G-四链体原位成像分析
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 实验材料与仪器
•     4.2.2 实验方法
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 ZnPc用于活细胞G-四链体的荧光成像
•     4.3.2 QD@ZnPc荧光探针的可控构建
•     4.3.3 QD@ZnPc荧光探针亲和力的评估
•     4.3.4 QD@ZnPc荧光探针选择性的评估
•     4.3.5 QD@ZnPc荧光探针用于活细胞G-四链体的原位荧光成像
•     4.3.6 QD@ZnPc荧光探针用于染色体G-四链体的荧光成像
•     4.3.7 QD@ZnPc荧光探针用于监控肝癌HepG2 细胞周期
•   4.4 本章小结
•   参考文献
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 主要创新点
•   5.3 展望
• 附图
• 博士期间研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 金皓俊

导师: 孙清江

关键词: 量子点,配体,荧光探针,生物素受体,四链体,细胞成像

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 东南大学

基金: 国家自然科学基金项目(21375015,21545006,21775021),江苏省自然科学基金项目(BK20141334),江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ13_0127)

分类号: Q2-33;O657.3

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003887

总页数: 136

文件大小: 10034k

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