Abstract
本篇論文主要在合成不同的金奈米材料，包括金奈米粒子 (gold nanoparticles, AuNPs) 以及螢光金奈米團簇 (fluorescent gold nanoclusters, AuNCs) ，並探討其性質，同時利用這些具功能性的奈米粒子建立新穎、快速、簡單且靈敏的方法來偵測生物分子以及金屬離子。首先，我們結合了AuNPs與二級抗體，合成出AuNPs免疫複合探針與肺癌標誌分子-ENO1進行免疫辨識，在poly(ethylene glycol) (PEG) 修飾的網版印刷碳電極表面形成三明治型免疫複合物 (sandwich immunocomplex)，於0.1 M HCl的溶液環境下，施予1.2 V的電壓將AuNPs氧化 (120秒)，接著再以方波伏安法 (square wave voltammetry, SWV) 擷取AuNPs氧化後的產物AuCl4-還原成Au0的訊號。此三明治型電化學免疫感測器對於ENO1的偵測，線性範圍從10E-8 到 10E-12 g/mL，偵測極限 (detection limit, LOD) 為 11.9 fg (相當於5 μL之 2.38 pg/mL )。接著我們開發一個新穎且快速的螢光AuNCs合成方法，利用3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) 當作還原劑及包覆劑，在水熱條件下反應，可一步合成平均粒徑約為2.0 (±0.5) nm的AuNCs，在波長360 nm的激發下，可產生波長525 nm的螢光，量子產率 (quantum yield, QY) 約為1.7%。利用DOPA合成的AuNCs，以粒子聚集誘導螢光消光的方式，對於水溶液中Fe3+的偵測具有高選擇性及靈敏度，LOD為3.5 μM。在另一方面，我們則開發新穎的單層保護之螢光AuNCs的合成方法，將11-mercaptoundecanoic acid (MUA) 溶於鹼性溶液，加入HAuCl4之後，以NaBH4進行還原反應2天，可得到平均粒徑約1.9 nm的MUA-capped AuNCs，此AuNCs在波長330 nm的激發下，可產生波長607 nm的螢光，QY 約為13 %，高於過去許多文獻中合成的AuNCs。此MUA-capped AuNCs，在2,6-pyridinedicarboxylic acid (PDCA) 的參與之下，可利用粒子聚集誘導螢光消光的方式來靈敏地以及具有高選擇性地偵測水溶液中Hg2+濃度，LOD可達到0.45 nM。接下來則利用了MUA-capped AuNCs/Hg2+ complexes螢光回復的方式來偵測胺基酸硫醇 (aminothiols)，當cysteine、homocysteine以及glutathione 與消光的MUA-AuNCs607-Hg2+ complexes進行反應時，會與Hg2+形成thiol-Hg2+-thiol complexes，此時MUA-AuNCs607的螢光強度會再次回復，藉由此螢光”turn-on”的方法對於溶液中cysteine、homocysteine以及glutathione的濃度，具有良好的選擇性以及靈敏度，LOD分別可達到5.4 nM、4.2 nM與2.1 nM。在最後一個部分，我們則利用poly (vinyl pyrrolidone) (PVP) 與HAuCl4反應，直接形成AuNPs晶種的情況下，催化過氧化氫 (hydrogen peroxide, H2O2) 還原HAuCl4，以放大AuNPs，不同濃度的H2O2可放大不同數量的PVP-AuNPs，藉由增強的SPR特徵峰與溶液中H2O2濃度成正比的現象，可對於溶液中H2O2或是透過酵素反應得到的H2O2產物 (如膽固醇藉由膽固醇氧化酶得到H2O2) 進行偵測。同時利用BSA-AuNCs與PVP-AuNPs之間的內吸收效應 (inner filter effect, IFE)，建立了另一種螢光偵測方法來定量溶液中的H2O2 以及膽固醇。以PVP-AuNPs生成的SPR強度，對於H2O2的偵測，其線性範圍從1.0×10E-6 M到1.0×10E-4 M (R2=0.998)，LOD為9.2×10E-7 M。而對於膽固醇的偵測，線性範圍從1.0×10E-6 M到1.0×10E-4 M (R2=0.992)，LOD為1.8×10E-6 M。利用PVP-AuNPs與BSA-AuNCs之間的IFE，以螢光的方式偵測H2O2，線性範圍從1.0×10E-6 M到1.0×10E-4 M (R2=0.964)，LOD為8.2×10E-7 M。對於膽固醇的偵測，線性範圍從1.0×10E-6 M到1.0×10E-4 M (R2=0.991)，LOD為1.4×10E-6 M。