類(lèi)石墨烯二維材料的非共價(jià)功能化及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究.pdf

1、類(lèi)石墨烯二維材料（2D-GAs，比如過(guò)渡金屬硫化物納米片、g-C3N4、Bi2Se3和黑磷等）由于其獨(dú)特的成分、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和良好的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出前所未有的優(yōu)勢(shì)。2D-GAs的制備、表面功能化以及在納米生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用是目前的研究熱點(diǎn)，引起了材料、化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛興趣。
　　本文對(duì)三種2D-GAs（Bi2Se3、MoS2和黑磷）分別進(jìn)行了表面非共價(jià)功能化，探索了這三種2D-GAs在

2、納米生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。本文主要研究了以下幾方面的內(nèi)容:
　　一.探索了2D-硒化鉍的表面功能化及其用于阻止Aβ1-42聚集。制備了血紅素穩(wěn)定的少層硒化鉍(Bi2Se3)，通過(guò)分步離心得到不同尺寸和厚度的少層Bi2Se3，并探索了其對(duì)Aβ1-42纖維化的抑制作用。通過(guò)熒光光譜證明越小越?。?±1 nm）的Bi2Se3納米片展現(xiàn)出更高的Aβ1-42纖維化抑制效率，TEM、AFM和DLS結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了Bi2Se3納米片能夠抑制Aβ1-

3、42纖維化。用CD、CV、電化學(xué)阻抗和微天平系統(tǒng)地探索了少層Bi2Se3與Aβ1-42單體之間的相互作用，結(jié)果表明少層Bi2Se3能抑制Aβ1-42纖維化是由于少層Bi2Se3對(duì)Aβ1-42單體強(qiáng)的吸附作用。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明少層Bi2Se3能夠?qū)β1-42聚集誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞毒性從22％降低到7％，同時(shí)還能降低Aβ1-42聚集誘導(dǎo)的類(lèi)過(guò)氧化物酶活性。因此，少層Bi2Se3對(duì)老年癡呆癥的治療具有一定的應(yīng)用前景;
　　二.探索了2D-

4、MoS2的表面功能化及其用于電化學(xué)細(xì)胞生物傳感器的構(gòu)建。首先，利用葉酸(FA)作為表面穩(wěn)定劑在溶液中制備了FA功能化的少層MoS2(MoS2/FA)。隨后制備了MoS2/FA修飾的金電極，并且利用MoS2/FA修飾的金電極識(shí)別和固定富含葉酸受體的癌細(xì)胞后引起阻抗的變化來(lái)檢測(cè)HeLa細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MoS2/FA修飾的金電極能夠非常靈敏的識(shí)別癌細(xì)胞，檢測(cè)線性范圍為1-105 cellmL-1，檢測(cè)限低至1 cell mL-1，該電極還

5、可以識(shí)別其他富含葉酸受體的癌細(xì)胞，如MCF-7、MG-60、SMMC-7721等。同時(shí)該生物傳感器對(duì)富含葉酸受體的HeLa細(xì)胞具有較好的選擇性。還制備了FA穩(wěn)定的其它2D材料(WS2/FA、石墨烯/FA和Bi2Se3/FA），發(fā)現(xiàn)其識(shí)別癌細(xì)胞的效果依次是MoS2/FA、WS2/FA、石墨烯/FA和Bi2Se3/FA，證明MoS2/FA能高靈敏度識(shí)別癌細(xì)胞是由于其適中的導(dǎo)電性。MoS2/FA修飾的金電極也被成功用于臨床樣品的檢測(cè)，可選擇性

6、識(shí)別癌癥患者樣本;
　　三.以氧化石墨烯為穩(wěn)定劑制備了氧化石墨烯和其他2D-GAs的復(fù)合材料，并探索了其在類(lèi)過(guò)氧化物酶和葡萄糖傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。石墨烯和其它2D-GAs的復(fù)合材料目前主要采用化學(xué)氣相沉積法制備，產(chǎn)量低，價(jià)格昂貴，不適用于溶液體系中的應(yīng)用。首先，本文以氧化石墨烯(GO)和MoS2體材料作為原料，利用溶液液相剝離的方法制備了GO穩(wěn)定的少層MoS2(MoS2/GO)。通過(guò)控制GO尺寸的大小調(diào)節(jié)MoS2/GO的結(jié)構(gòu)，采用U

7、V-vis，DLS，SEM，TEM和AFM對(duì)分步離心后所制備的不同尺寸的MoS2/GO進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，GO能夠像表面活性劑一樣粘附在少層MoS2的表面形成穩(wěn)定的MoS2/GO復(fù)合材料。利用這種方法本文也成功制備了GO與其它2D-GAs的復(fù)合材料。其次，本文報(bào)道了MoS2/GO復(fù)合材料本身具有類(lèi)過(guò)氧化物酶活性，其類(lèi)過(guò)氧化物酶活性比傳統(tǒng)辣根過(guò)氧化物酶(HRP)的米氏常數(shù)低4.35倍，而最大反應(yīng)速率確是HRP的3.34倍。采用電化學(xué)方法

8、探索了高類(lèi)過(guò)氧化物酶活性的機(jī)理，證明高的催化活性主要是由于MoS2/GO表面電子的快速轉(zhuǎn)移以及兩者之間的協(xié)同作用。再次，探索了可見(jiàn)光和近紅外光對(duì)MoS2/GO的類(lèi)過(guò)氧化物酶活性的影響，結(jié)果表明，可見(jiàn)光和近紅外光都能增強(qiáng)MoS2/GO的類(lèi)過(guò)氧化物酶。基于MoS2/GO復(fù)合材料的高類(lèi)過(guò)氧化物酶活性，本文構(gòu)建了過(guò)氧化氫傳感器。在可見(jiàn)光的作用下，傳感器的檢測(cè)限能夠從10nM降低至2.5 nM。最后，本文還檢測(cè)了血清中的血糖，MoS2/GO復(fù)合材

9、料在血糖檢測(cè)中展現(xiàn)出很高的靈敏度和選擇性，而且可見(jiàn)光能夠?qū)⒀堑臋z測(cè)限從0.83μM降低到65 nM。因此，MoS2/GO復(fù)合材料在血糖檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景;
　　四.探索了二維材料黑磷烯(BP)的不穩(wěn)定性在構(gòu)建高效癌癥標(biāo)記物生物傳感器中的應(yīng)用。本文中，利用負(fù)載的納米金粒子的黑磷烯(BP-Au)的高效還原黃色的4-硝基酚(4-NP)成無(wú)色的4-氨基酚(4-AP)的性能可以比色法識(shí)別癌癥生物標(biāo)記物。首先將BP和納米金前體通過(guò)簡(jiǎn)

10、單混合很容易制備BP-Au，BP能夠充當(dāng)還原劑和穩(wěn)定劑。BP-Au在催化4-NP還原的反應(yīng)中展現(xiàn)出高效的催化性能(K=1120 s-1 g-1)和低的活化能(Ea=17.53 kJ mol-1)，主要?dú)w因?yàn)锽P和納米金粒子之間的協(xié)同作用和半導(dǎo)體材料BP表面豐富的電子。其次，當(dāng)把癌胚抗原(CEA)抗體吸附在BP-Au表面后，催化4-NP的反應(yīng)被抑制，加入腫瘤標(biāo)記物CEA后，CEA與抗體結(jié)合，抗原抗體復(fù)合物從材料表面脫附下來(lái)，催化4-NP的