硼酸功能化纳米颗粒用于细胞内双氧水选择性检测

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摘要：在生理和病理过程中，对活细胞内的过氧化氢（H2O2）进行高灵敏度与高选择性的检测，是评估其所起到的各种作用的主要挑战。在这项研究中，我们提出一种新的方法，利用4-羧基苯硼酸（4-CA）修饰的金纳米颗粒（Au NPs/4-CA）制备表面增强拉曼光谱传感器（SERS），用来检测活细胞中的H2O2。该纳米传感器的原理是基于H2O2可以将Au NPs上的芳基硼酸氧化还原释放出苯酚，由此引起传感器的SERS光谱的改变。结果显示，该传感器对H2O2的选择性，比其他活性氧，丰富的竞争性细胞硫醇和生物相关性的物质更高，该传感器的检出限低到80 nM，可以满足于在生物系统中检测H2O2的需要。此外，该SERS传感器还对时间和pH值具有长期稳定性，并且具有较高的生物相容性。更为重要的是，这一纳米传感器可以成功应用于监测活性生物样品内，在氧化应激反应时产生的H2O2含量改变，为研究细胞生物化学开创了一种新的方法。49313

毕业论文关键词：表面增强拉曼光谱、过氧化氢、选择性、灵敏、活细胞

Selective detection of hydrogen peroxide with borate functionalizing nanoparticles in living cells

Abstract: Measurement of hydrogen peroxide (H2O2) with excellent selectivity and sensitivity in living cells is a main challenge for estimate the different parts of H2O2 in the pathological or physiological processes. In the meantime, in order to inspection H2O2 in living cells, we propose novel surface enhanced Raman scattering (SERS) nanosensors, use 4-carboxyphenylboronic acid (4-CA) Improve gold nanoparticles (Au NPs/4-CA). The principle of the nanosensors is the arylboronate on Au NPs With the H2O2 take place oxidation reaction and emancipate the phenol, thus,the SERS spectra of nanosensors has been changed. The consequence diaplay the nanosensors characteristic higher selectivity for H2O2 over ample competing cellular thiols, other reactive oxygen species and biologically relevant species, as much benign sensitivity with a let droop detection limit of 80 nM, which meets the requirements for measurement of H2O2 in a biological system. In addition, the SERS nanosensors show up excellent biocompatibility, and perennial stability against time and pH. Above all, when living biological samples happen oxidative stress, the presented nanosensors can used on surveille changes of H2O2 levels successfully. This way inaugurated new chance to research its cellular biochemistry.

Keywords: Surface enhandced Raman scattering; Hydrogen peroxide; Selective; Sensitive; Living cells

介绍

过氧化氢（H2O2）是生物体内具有的一种主要的活性氧物质（ROS），对生理和病理存在多种影响[1]。新的研究证据证明了在生理学中H2O2在细胞的信号传导过程中充当第二信使的作用[2]。但是，H2O2的过量积累会导致氧化应激反应，进而对蛋白质和DNA以及脂质产生损伤，并且和老化、一些严重的疾病例如心血管功能紊乱、癌症、神经变性病相关的一些疾病有关[3,4]。因此，具有对H2O2特异性和高灵敏度的检测方法将有利于分子机制理解和对H2O2的生物学功能阐述。

在过去几十年中，已发展出一些简单的方法来用于H2O2检测，例如电子自旋共振谱（ESR）[5]、化学荧光法[6]、电化学传感法[7]以及色谱分析法[8]。但是，这些方法通常会对组织或者细胞产生损伤，这和活体样品中H2O2的原位检测理念相矛盾[9,10]。与此相比，分子荧光成像技术通过与H2O2响应实现荧光指示剂的染色，实现对活细胞中的H2O2高选择性和适应性的有效检测[11,12,13,14]。但是，在活细胞中荧光成像常常受到激光诱导产生的光漂白以及光毒性的影响，有很大限制[15]。

表面增强拉曼散射（SERS）可以提供分析物的分子振动信息，已经证实成为了一种高效的检测技术并且广泛用于多种领域（例如生物传感、疾病诊断）[16,17,18]。直接检测可以附着在金属的SERS基底上的并且具有高拉曼交叠区域的有机分子体系是SERS的典型应用。这时候，由于无机物的拉曼交叠区域较低，因此SERS在用于无机物直接传感时会受到限制[19,20]。为了克服这一限制，结合金属的纳米颗粒以及兼具有高拉曼交叠区和无机物识别性能的特异性的有机拉曼分子,源)自(优尔+文=论]文]网[www.youerw.com，设计出了一种新型的SERS纳米传感器[21,22,23]。特别是，拉曼分子的SERS信号变化取决于靶向无机物的浓度变化，这一标准是靶向无机物最理想的状态。例如，利用4-邻巯基苯甲酸修饰金纳米聚合物制备出了易变且具有生物相容性的pH值的纳米传感器[24,25]。在贵金属的纳米壳上修饰氧化还原应激小分子开发出了氧化还原电位的SERS纳米传感器[26,27]。此外，我们构建氧化态的细胞色素c功能化的金纳米颗粒用来构建一种新型的SERS纳米传感器，用于进行细胞内的超氧阴离子自由基的选择性和超灵敏监测[28]。然而，根据调查，还未有过关于SERS纳米传感器高选择性和高灵敏度检测H2O2的报道。