原稿件10级后发明定稿

1、Article001基于量子点/二氧化锰纳米复合体系对谷胱甘肽进行快速灵敏测定（10 级本科生）（12 级本科生）华（12 级本科生）（指导）: wangyingfengzm疗放射过程中受损伤的基体，缓解由放射带来的副作摘要 本文设计了一种基于二氧化锰（MnO2）纳米片和量子点（QDs）荧光纳米颗粒自组装形成纳米复合物来用【4】，和治疗【5】，以及延缓、治疗肝肾损伤、治疗眼部疾病综合症等众多疾病方面效果检测溶液胱甘肽（ GSH） 含量的方法。其中，明显，意义显著。在食品工业，谷胱甘肽在食品MnO2 纳米片是一种具有较大比表面积和较高荧光淬灭效率的纳米材料，好，具有非常广阔的应用前景。量子点，又

2、称半导体 荧光纳米颗粒，其激发波长宽且连续，发射峰窄而对 称， 荧光强度高， 抗光漂白性能好， 在化学生物分析、疾病 等领域引起了人们愈来愈广泛的关注。品质、增强食品风味、防止内氨基酸的分解、防止食品变质等方面亦有重要作用。正是由于谷胱甘肽在生物体内和实际生活中具有如此广泛重要的作 用，对谷胱甘肽的定性定量检测就显得尤为重要。目前检测谷胱甘肽的方法有很多其中【6 】，包括Tietze 还原酶法、Grifith 法、电化学发光法、高效液相色谱法（HPLC）、差热法扫描法（DSC）、表面增强本研究工作能，通过自组装结合 GSH 对 MnO2 片了测定。该方法快 本低廉位的性能量转移作用，（SERS

3、）等。这些方法中着或灵敏度低、解作用，、灵敏度高、选择性好、成 单个活细胞内 GSH 的原或操作复杂、或检测周期长等诸多不足。相比于以上 方法， 荧光光度法以其具有检测灵敏度高， 操作简单，检测迅速等一系列显著优点吸引着众多研究者的。特别是荧光显微技术的发展，使细胞内 GSH 的实时监测得以实现。荧光光度法一般以有机荧光1 前言谷胱甘肽（GSH，L-谷氨酰- L-是一种同时具有谷氨酰基和物。谷胱甘肽广泛为信标，但是有机荧光的抗漂白能力差、光稳定氨酸）合性不强，这些等缺陷阻碍了它的进一步推广与应用。 随着纳米技术的不断发展，越来越多的荧光纳米材料【7-10】被用于化学生物分析等研究领域。近年来，

4、 快速发展起来的荧光纳米材料在超灵敏快速检测中显 示出巨大的应用前景。如量子点【11】，又称半导体纳米 晶体，具有激发光谱范围宽，发射光谱窄而对称，抗 光漂白性能好，荧光强度强等系列优点，已被广泛应 用于化学生物分析等领域，特别是基于量子点的荧光 共振能量转移技术，显示出了极大的应用潜力。本文充分利用量子点优异的荧光性能，以二氧化 锰纳米片【12】作为荧光淬灭材料，基于量子点与二氧化 锰之间的荧光共振能量转移作用以及二氧化锰与 GSH 的氧化还原反应，拟发展一种 QDs-MnO2 新型纳米复合传感方法，从而对 GSH 进行快速灵敏检测。具体原理内，是生物体内含量最高的一种非蛋白巯基物质。巯基的

5、，使谷胱甘肽具有较强的还原性质，其水溶液容易被氧化，一般以固体形式保存。自从 1921 年Hopkins【1】首先提取出谷胱甘肽晶体以来，科研工作者 一直以各种方法研究它的各种性质。作为生物体内最 主要的带有巯基的还原性物质，谷胱甘肽主要的生物 学功能是保护生物体内蛋白质的巯基，维护蛋白质的 稳定行和活性， 维持生物体内合适的氧化还原环境【2】；此外，谷胱甘肽在氨基酸的吸收和转运、维持红细胞膜的完整性、提高机体免疫力能力、维持 DNA 的生物、协助高铁蛋白的还原、消除生物体内多余自由基、参与体内解毒过程等方面有不可替代的作 用；同时，谷胱甘肽亦是多种酶的辅助酶或者辅基。在药理方面上，谷胱甘肽在

6、保护神经、抗惊厥、抑制如图 1 所示。首先具有层状结构的二氧化锰纳米片层和拥有优良光谱性能的量子点荧光纳米颗粒。将 量子点和二氧化锰片层充分混合，量子点通过力和二氧化锰形成纳米复合物。由于荧光共振能量转癫痫发作、镇痛、抗坏血酸、保护毒等方面具有重要作用【3】。在临、抑制 HIV 病，谷胱甘肽在治Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Article001移效应（ FRET）， 量子点受激发时发生荧光淬灭现象。当溶液中有 GSH 时，MnO2 纳米片层将会被逐步分解进而使得荧光共振能量转移效应

7、消失，量子点荧光得 以恢复；当溶液中没有 GSH 时，量子点荧光一直处于淬灭状态。因此，随着溶液中 GSH 含量的变化，量子点荧光强度得到不同程度的恢复，从而实现对 GSH 的测定。的溶解氧；称取一定质量的 Al2Te3 于 100 mL 三颈烧瓶中（Cd2+、Te2-及 TGA 的比为 1:0.5:2.4），继续通N2 除氧，在冰浴降温的同时，向 100 mL 的三颈烧瓶中逐滴滴加 0.5mol/L 的 H2SO4 溶液，生成的 H2Te 气体随N2 缓慢进入上述溶液中；20 min 以后，停止通气，于100 下加热回流 15h 制得本文所需量子点。2.3 二氧化锰纳米片层的在通风橱中，用移

8、液管移取 11mL TMA·OH 于50mL 烧杯中， 加入 2mL H2O2 （ 30%） 和 7mL 超纯水 ， 混 匀 制 成 1 号 液 待 用 。 移 取 10mlMnCl2（0.3mol/L）于 50mL 圆底烧瓶中，剧烈搅拌下将 1 号液快速（15 秒内）加入 MnCl2 溶液中，溶液由无色立即变黑。剧烈搅拌 12h，取下反应瓶，将溶液转移到离图 1 基于 QDs-MnO2 纳米复合体系对 GSH 进行快速灵敏测定示意图心在 10000rpm 下离心 5min，超纯水， 剧烈震荡， 在 70Hz 下超声 5min 至完全分散。按同样方法再用甲醇和超纯水各洗三遍，最终将

9、产物用超纯水分散，配成溶液待用。2 实验2.1 试剂和仪器六水高氯酸镉（Cd(ClO4)2·6H2O，99%）、四甲基 氢 氧 化 铵 （ TMA · OH ， 10% ） 、 锑 化 铝（ Al2Te3 ） 、 葡萄糖（ Glucose ） 、 L- 色氨酸（ L-Tryptophan）、苯丙氨酸（L-Phenylalanine）均购自上2.4 光谱表征对所的量子点和二氧化锰纳米片分别进行紫外可见吸收光谱测定，所用仪器为新世纪 T6 紫外可见分光光度计，设定带宽为 2.0nm，扫描速度中速。荧光光谱实验通过日立 F-4600 荧光分光光度计完成。激发狭缝为 5nm，发射狭

10、缝为 5nm，PMT 电压为700V。量子点荧光实验和二氧化锰纳米片荧光测定均采用 350 nm 作为激发波长。；谷胱甘肽（GSH）购自百灵海阿拉丁试剂威试剂G-25 、HE（MnCl2）、化钾（ KCl ）（ CH3OH） 购自30%）购自北京化学18.2 M的超纯水。其氯甲醇3 结果和讨论3.1 量子点光谱表征阻率大于产分析纯试剂，未做进一步纯化处理。F-4600 荧光分光光度计纪 T6 紫外可见分光光度计（北任公司）；84-1 型磁力搅拌控温加鲁仪器厂）；KQ2200DB 超声公司）；新世限责（山东鄄城华器（昆山超声仪器公司）； TGL-16C 高速离心机（ 上海厂） ； FA21004

11、N 分析天平（ 上海司）；司）；Ultra Pure 超纯水机（和泰仪器2.2 量子点的）。图 2 量子点的紫外可见吸收光谱图（左）和荧光发射光谱图（右）由图 2 可知，量子点在 575nm 处有一个吸收峰，且吸收范围比较宽。荧光发射光谱显示其最大发射波长称取一定量的Cd(ClO4)2 · 6H2O杯中，加入 125 mL 水溶解，不断搅拌用 1mol/L 的 NaOH 将溶液 pH 值250 mL 三颈烧瓶中，接着通入N2，以驱除溶液中Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Ar

12、ticle001在 600nm 处，发射峰狭窄而且对称性比较好，无拖尾现象，发射半峰宽约为 45nm。上述结果表明所制得的量子点具有较好的光谱性能。3.2 二氧化锰纳米片的光谱表征由图 3 可知，二氧化锰纳米片在 375nm 处有一吸收峰。荧光光谱表明二氧化锰纳米片层在 447nm 处有一比较弱的荧光发射。对比图 2 中量子点的荧光光谱可知，我们使用的量子点的荧光发射在 600nm 处，和二氧化锰纳米片层没有重叠，二氧化锰自身的荧光对本体系 QDs 的荧光信号没有影响。另外， MnO2 纳米片图 6 MnO2 纳米片层对 QDs 荧光淬灭效率的层放置一锰纳米材料后没有沉淀生成，说明可以看出，Q

13、Ds 的荧光可以被 MnO2 纳米片层淬灭，并且淬灭效率随着 MnO2 含量的增加而逐步增大。对于50L 量子点，随着 MnO2 浓度的增加，量子点的荧光淬灭效率越来越高，当浓度达到 250 mol/L（终体积为 1mL）时，淬灭效率较好（90%）。因此，我们选取MnO2 的最佳浓度为 250mol/L。3.4 反应时间的移 取 50L QDs ， 加 入 50L 浓 度 为 5mM 的MnO2 ， 用缓冲溶液（ HEPES ，pH=7.4 ） 稀释至950L，而后加入 50I 0.01mol/L 的 GSH，在 0-20min范围内测量其体系荧光强度的变化，绘制 t-F 曲线如图7 所示。图

14、 3 二氧化锰纳米片层（MnO2 Nanosheets）的紫外可见吸收光谱图（左）和荧光发射光谱图（右）3.3 MnO2 纳米材料对 QDs 荧光淬灭效率的用移液枪移取 50L 量子点于 1.5mL 离心，而后分别加入不同量的MnO2 纳米片， 用缓冲溶液（HEPES， pH=7.4）稀释使其终浓度分别为 0、50、100、175、250、300、500、750M。首先用紫外灯激 发，观察其荧光淬灭现象。其中图 4 为明场图，图 5 为紫外灯下的荧光图。由结果可知，随着 MnO2 纳米片层含量的增大（ 从）， 量子点的荧光被逐步淬灭，最后几乎消失。同时，采用荧光分光光度计对其，结果如图 6 所

15、示。从图中淬灭效率进行了进一步图 7 加入 GSH 后 QDs 的荧光强度随时间变化情况由图 7 可知，GSH 加入以后，MnO2 被逐步消耗，QDs 的荧光强度随着时间快速增强，而后增速逐渐放图 4 明场下纳米复合物的状态图 5 紫外灯下的荧光成像图缓，在 10min 时反应基本完全，因此MnO2 的最佳反应时间定为 10min。GSH 与Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Article001的响应情况，结果如图 10 所示，其中 F 和 F0 分别为加入上述各种物质以及 GSH 前

16、后体系的荧光强度。3.5 GSH 的定量测定用移液枪移取 50L QDs 和 50L MnO2 于 1.5mL 小离心后加入后用荧光示。由图 增大逐渐增经基本被还原的已图 10 特异性及电解质干扰实验由图 10 可知，该检测体系对 NaOH，KC等电解质几乎没有响应，且对生物体内含量葡萄糖也没有产生响应。特别重要的是，色氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸等系列氨基酸对该体系亦，从而表明该种方法对 GSH 具有较高的选图 8 不同 GSH 浓度下量的恢复曲线4 总结综上所述，本点荧光纳米颗粒，纳米片层。在此基础上， 充分利用 QDs 纳米颗粒与MnO2 纳米片层优良的性能，基于自组装及光共振能量转移作用，结

17、合分解作用，方法快速便捷、灵敏度高、选择性好、成本低廉、易 于推广， 具有非常广阔的应用前景和深远的科研价值，并有望进一步应用于单个活细胞内 GSH 的原位在线监测研究。图 9 GSH 用量和5 致谢感谢好的实验条件，及时帮我分析实验中遇到的得以顺利完成。此外，由图 9 可以下时，数据呈较好高，检测限为 0.15ol/L较6 参考文献1. Hopkins, F. G., Biochem. J. 1921, 15 (2), 286-305.2. Russell, R. L.; Siedlak, S. L.; Raina, A. K.; Bautista, J. M.; Smith, M. A.;

18、 Perry, G., Archives of Biochemistry and Biophysics 1999, 370 (2), 236-239.3. Abe, K.; Nakanishi, K.; Saito, H., Biological & pharmaceutical bulletin 1999, 22 (11), 1177-9.3.6 电解质干扰及为了进一步质溶液中的适用性， 我们检测了浓度为 0.1mol/L 的NaOH，KCl， MgCl2， Gloucose 和浓度为 2mmol/L 的L-Tryptophan（L-色氨酸），lysinne（赖氨酸）以及 L-Phe

19、nylnine（苯丙氨酸）对于 QDs-MnO2 纳米复合体系Undergrad. Chem. Commun. 2010, 1(1), 001-002Dept. Chem., Zhengzhou Univ.Article001，芬, 辐射研究与辐射工艺学报4.1996, (03), 1725.70.6.2002, (01), 52-54.7. Deng, R.; Xie, X.; Vendrell, M.; Chang, Y. T.; Liu, X.Journal of the American Chemical Society 2011, 133 (50),20168-71.8. Xu, H.; Hepel, M., Analytical chemistry 2011, 83 (3),813-9.9. Garcia-Ma