基于生物分子识别的多功能纳米材料的潜指印显现研究

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1、基于生物分子识别的多功能纳米材料的潜指印显现研究重庆大学博士学位论文学生姓名：黄锐指导教师：夏之宁教授专业：生物医学工程（生物材料）学科门类：工学重庆大学生物工程学院二O一七年五月NovelMulti-FunctionalNanomaterialsforLatentFingermarksDevelopmentBased-onBiomoleculeRecognitionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringBy

2、RuiHuangSupervisedbyProf.ZhiningXiaSpecialty:BiomedicalEngineering(Biomaterials)BioengineeringCollegeofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2017中文摘要摘要指印作为“证据之王”，是司法实践活动中证实犯罪和甄别犯罪嫌疑人的重要依据之一。而犯罪现场“常见”的指印通常为汗潜指印，裸眼不易发现。因此，发展潜指印显现技术，对法治化建设具有重要的现实意义。目前常用的粉末显现法、硝酸银显现法、茚三酮显现法以及碘熏显现法等潜指印显现技术存在诸多弊端：

3、（1）对某些难显客体（木质/皮革等粗糙、渗透性表面、深色表面、花色表面等）上的潜指印显现困难；（2）对陈旧性指印（遗留时间大于72小时）显现困难；（3）存在健康隐患，如粉末刷显法产生的细颗粒粉尘、某些具有致癌性荧光染料以及熏显法产生的有毒气体均会对技术人员造成危害；（4）难以保持指印痕迹的生物活性，限制了对指印中生物信息的进一步获取。近年来，纳米材料在潜指印显现研究领域中展示出巨大潜能，为司法和刑事侦查工作提供了更加健康、可靠、高效、便捷的技术保障。与传统显现试剂相比，纳米材料具有尺寸更小、结合力更强、更易功能化等优势。依据配位原理，铂原子价层中存在空轨道，可与含有孤对电子的分子

4、、离子或基团形成稳定的配合物。因此，作为配合物的中心原子，铂原子以及以铂原子为单元形成的铂纳米颗粒、铂纳米簇等可与含有孤对电子基团的巯基（-SH）、氨基（-NH2）、羧基（-COOH）等基团通过配位键结合。潜指印汗液中含量相对丰富的生物分子有蛋白、多肽、氨基酸、乳酸、尿素等。基于此，本论文以金属铂为原料，合成了一系列多功能纳米材料，利用铂原子与生物分子中基团（如-SH、-NH2、-COOH等）的配位作用、以及铂原子与其它生物分子或基团之间的疏水作用、静电作用、氢键作用等多重非共价识别，实现了潜指印的可视化。论文的主要研究内容及结论如下：1）PtNPs的合成及潜指印识别显现相较传统

5、的柠檬酸钠还原法，将还原剂乙二醇直接加入氯铂酸溶液制备PtNPs的方法有成本低、操作简便、可控性强等优点。在制备过程中分别采用传统水热法与微波辐射法进行加热，实验结果表明，微波辐射法因加热机制不同，所制备的PtNPs在表面形貌、粒径、分散性等各方面均优于传统水热法。基于PtNPs与潜指印中生物分子的多重非共价识别原理，将其应用于潜指印显现。分别对氯铂酸的制备浓度、铂纳米溶液的pH值以及指印遗留时间等条件进行了考察，结果显示：在氯铂酸制备浓度为40mmol/L、铂纳米溶液pH值为5时，PtNPs对玻璃客体上形成于6天之内的潜指印显现效果最佳。研究结果验证了铂对潜指印的识别能力，为后

6、期功能化铂纳米材料的设计、制备和应用奠定了基础。2）BSA-PtNCs的合成及潜指印识别显现I重庆大学博士学位论文利用牛血清白蛋白（bovineserumalbumin，BSA）作为保护剂与还原剂，通过超声-水热循环法高效制备了性能优良的BSA-PtNCs。该法制得的BSA-PtNCs平均粒径为5nm、荧光量子产率达9.945%。因指印中生物分子所含的-SH、-NH2、-COOH等基团与Pt之间的配位识别以及其它多重非共价识别机制，BSA-PtNCs对非渗透性客体上潜指印的显现效果优良。与传统磁粉及DFO荧光显示剂相比，BSA-PtNCs具有对潜指印的识别力强、对指纹特征表达细腻

7、、荧光性能优良、污染小且绿色无毒等诸多优势。3）Fe3O4@Pt@PE纳米蛋的合成及潜指印识别显现采用层层组装法（layer-by-layer，LBL）制备了一种以Fe3O4为“蛋黄”、PtNPs为“蛋白”、PE为“蛋壳”的新型三层结构纳米蛋。利用藻红蛋白（p-phycoerythrin，PE）中的-SH、-NH2与Pt的配位作用，将PE结合到Fe3O4@Pt核壳微球的壳层上，PE既能保护Fe3O4@Pt核壳微球，又能使其具有可见荧光性；暴露于PE之外的Pt原子则可通过与生物分子