【摘要】：本研究主要利用SERS研究了DNA堿基、堿基與農(nóng)藥的相互作用以及應(yīng)用核酸配適體傳感器檢測(cè)馬拉硫磷。堿基是脫氧核糖核酸(DNA)的主要組成部分,與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等正常生命活動(dòng)及突變、癌變等異常生命活動(dòng)密切相關(guān)。因此,堿基的性質(zhì)一直是生物和化學(xué)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一。研究DNA堿基與農(nóng)藥相互作用有助于從分子水平上認(rèn)識(shí)農(nóng)藥分子對(duì)DNA作用的細(xì)節(jié),對(duì)了解致毒、致癌、致基因突變產(chǎn)生的機(jī)理具有一定的意義。同時(shí)可為農(nóng)藥適配體傳感器的篩選和構(gòu)建提供依據(jù),應(yīng)用農(nóng)藥適配體與表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)法相結(jié)合可以對(duì)農(nóng)藥殘留分子進(jìn)行特異性檢測(cè),以此為基礎(chǔ)建立對(duì)農(nóng)藥分子的特異性快速檢測(cè)方法,是一項(xiàng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作。首先,通過(guò)化學(xué)還原法制備出了具有SERS活性的金、銀納米粒子,粒子形貌規(guī)整,接近球形。對(duì)四種DNA堿基(腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶)在銀上的SERS譜進(jìn)行研究,運(yùn)用密度泛函理論(DFT)/B3LYP泛函方法對(duì)堿基分子內(nèi)鍵振動(dòng)模擬計(jì)算其理論拉曼光譜,并與實(shí)驗(yàn)NRS、SERS進(jìn)行對(duì)比,對(duì)其峰進(jìn)行了詳細(xì)的歸屬。進(jìn)一步從理論上研究了銀金屬團(tuán)簇對(duì)腺嘌呤振動(dòng)光譜的影響。結(jié)果表明,隨著銀原子數(shù)目的增加,腺嘌呤N與Ag距離隨Ag原子數(shù)的增加而距離變小,模擬光譜和實(shí)驗(yàn)SERS能更好地相符合,且其靜態(tài)極化率值增大,與模擬的拉曼光譜峰強(qiáng)度的變化趨勢(shì)顯現(xiàn)相關(guān)性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)SERS譜,說(shuō)明腺嘌呤環(huán)上的N原子與金屬銀發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移。為進(jìn)一步利用拉曼光譜研究單堿基分子與農(nóng)藥分子的相互作用研究奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。其次,采用SERS方法詳細(xì)研究了胞嘧啶(Cy)在銀上的吸附行為和規(guī)律。從理論計(jì)算結(jié)合實(shí)測(cè)值探討了Cy在基底Ag上的增強(qiáng)效應(yīng)和吸附行為。考察了Cy分子在Ag納米粒子上的不同吸附時(shí)間、濃度、pH等條件對(duì)SERS光譜的影響,發(fā)現(xiàn)pH影響最大,Cy分子存在兩種不同的異構(gòu)體和三種不同的存在形態(tài),并隨酸度變化相互轉(zhuǎn)化而達(dá)動(dòng)態(tài)平衡�；�于Cy在不同pH時(shí)的形態(tài)分布和相應(yīng)的SERS變化規(guī)律,結(jié)合DFT算得的Cy分子中的電荷分布及在銀基底表面的吸附機(jī)制,詳細(xì)探討了酸堿對(duì)Cy分子的SRES光譜影響的內(nèi)因和吸附機(jī)理,在中性和弱堿性時(shí),Cy中的N3和O與Ag形成配位吸附,在pH大于11時(shí),N與Ag形成配位吸附,而O與Ag形成共價(jià)吸附。在此基礎(chǔ)上,采用UV(紫外光譜)和SERS研究了四種DNA堿基與農(nóng)藥倍硫磷分子在溶液中的相互作用,主要對(duì)其作用位點(diǎn)、相互作用強(qiáng)弱進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶含氨基的三種堿基,主要是倍硫磷與這三種堿基的氨基作用是其主要結(jié)合位點(diǎn),而在胸腺嘧啶中,作用對(duì)其的影響主要是對(duì)其環(huán)呼吸振動(dòng)的影響。根據(jù)倍硫磷的分子表面靜電勢(shì)圖,11位的S原子是其分子電子密度集中區(qū)域,是與堿基作用的主要位點(diǎn)。結(jié)合DFT計(jì)算表明,以不同位點(diǎn)結(jié)合對(duì)其環(huán)呼吸振動(dòng)的影響不同,作用位點(diǎn)越靠近堿基環(huán)的位置,對(duì)環(huán)振動(dòng)拉曼峰的影響越大。最后,利用銀溶膠和適配體,發(fā)展了一種針對(duì)馬拉硫磷的特異性檢測(cè)的SERS方法。通過(guò)適配體-馬拉硫磷結(jié)合靶標(biāo)物1089、1112 cm-1兩處特征峰中1112 cm-1的強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)馬拉硫磷,結(jié)果表明在5×10-7~1×10-5 mol·L-1范圍內(nèi)具有線性,其線性程為I=58.37C(×10-7 mol·L-1)+197.97,R2=0.9920。且通過(guò)模擬樣品測(cè)試和特異性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和特異性,該方法測(cè)定簡(jiǎn)單,且具有特異性,有一定的應(yīng)用價(jià)值,可實(shí)現(xiàn)樣品中馬拉硫磷的快速無(wú)損檢測(cè)。
[Abstract]:In this study, SERS was used to study the interaction between DNA bases and pesticides, and the detection of malathion by nucleic acid ligand biosensor. Bases are the main components of DNA, which are closely related to normal life activities such as growth, development, reproduction, mutation, canceration and other abnormal life activities. The study of the interaction between DNA bases and pesticides is helpful to understand the details of the interaction between pesticides and DNA at the molecular level. It is also helpful to understand the mechanism of toxicity, carcinogenesis and gene mutation. It is a valuable work to establish a rapid and specific method for the detection of pesticide residues by combining the aptamer with surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Firstly, the SERS active pesticide residues were prepared by chemical reduction method. The SERS spectra of four DNA bases (adenine, guanine, cytosine, thymine) on silver were studied. The theoretical Raman spectra of the intramolecular bond vibrations were calculated by density functional theory (DFT) / B3LYP functional method, and compared with experimental NRS and SERS. The results show that the distance between adenine N and Ag decreases with the increase of the number of silver atoms, and the simulated spectra and experimental SERS are in better agreement with each other, and the static polarizability increases with the increase of the number of silver atoms. The results show that the N atoms on the adenine ring have charge transfer with silver. It lays a theoretical and experimental foundation for the further study of the interaction between single base molecule and pesticide molecule by Raman spectroscopy. Secondly, the cytosine is studied in detail by SERS method. The enhancement effect and adsorption behavior of Cy on Ag substrate were discussed by theoretical calculation and measured values. The effects of different adsorption time, concentration and pH on SERS spectra of Cy on Ag nanoparticles were investigated. It was found that pH had the greatest influence on SERS spectra. Cy molecules had two different isomers and three different types. Based on the morphological distribution of Cy molecule at different pH and the corresponding SERS variation law, combined with the charge distribution of Cy molecule calculated by DFT and the adsorption mechanism on the surface of silver substrate, the internal cause and adsorption mechanism of acid-base effect on the SRES spectrum of Cy molecule were discussed in detail. When the pH is higher than 11, N and Ag form coordination adsorption, while O and Ag form covalent adsorption. On this basis, UV (ultraviolet spectroscopy) and SERS were used to study the interaction between four DNA bases and thiophosphorus pesticide molecules in solution, mainly the interaction site and interaction strength were studied. The results showed that the amino-binding sites of the three amino groups in adenine, guanine and cytosine were mainly the amino-binding sites of thiophosphorus and the amino-binding sites of the three amino groups. In thymine, the effect of the amino-binding sites on the cyclic respiratory vibrations was mainly the effect of the amino-binding sites. The results of DFT calculation show that the closer the binding site to the base ring, the greater the influence on the Raman peak of ring vibration. Finally, a special kind of malathion was developed by using silver sol and aptamer. SERS method for anisotropy detection. Malathion was detected by the intensity of 1112 cm-1 in the two characteristic peaks of the aptamer-malathion binding target 1089,1112 cm-1. The results showed that it was linear in the range of 5 *10-7~1 *10-5 mol.L-1, and the linear equation was I=58.37C (*10-7 mol.L-1)+197.97, R2=0.9920. The feasibility and specificity of this method are verified by experiments. The method is simple, specific and has certain application value. It can be used for rapid and nondestructive detection of malathion in samples.
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O657.37;TQ450.1

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本文編號(hào)：2243628