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氧化石墨烯-DNA纳米探针用于三磷酸腺苷的检测与药物递送

一、引言

(1)三磷酸腺苷（ATP）作为一种关键的细胞能量分子，在细胞代谢、信号转导和多种生物学过程中扮演着至关重要的角色。在生物医学研究中，ATP的检测对于理解疾病发生机制、药物研发以及疾病诊断具有重要意义。然而，传统的ATP检测方法往往存在灵敏度低、特异性差以及操作复杂等问题。随着纳米技术的快速发展，新型纳米材料在生物传感领域展现出巨大的潜力。

(2)氧化石墨烯（GO）作为一种具有独特结构和优异性能的二维材料，因其高比表面积、良好的导电性和生物相容性，在生物传感领域得到了广泛应用。DNA作为一种天然生物分子，具有高度的序列特异性和多样性，可以与目标分子发生特异性结合。将氧化石墨烯与DNA结合，构建氧化石墨烯-DNA纳米探针，有望实现对ATP的高效、灵敏检测。

(3)本研究旨在设计并制备一种基于氧化石墨烯-DNA纳米探针的ATP检测方法，并探讨其在药物递送中的应用。通过优化纳米探针的结构和组成，实现对ATP的高灵敏度检测。此外，将纳米探针应用于药物递送，有望提高药物的治疗效果，减少药物副作用，为生物医学领域的研究提供新的思路和方法。

二、氧化石墨烯-DNA纳米探针的制备与表征

(1)氧化石墨烯-DNA纳米探针的制备过程中，首先采用Hummers法合成氧化石墨烯，通过控制反应条件，如温度、反应时间等，得到高纯度的氧化石墨烯。随后，利用化学交联法将DNA分子与氧化石墨烯表面进行共价连接，形成稳定的氧化石墨烯-DNA复合物。实验结果表明，当DNA与氧化石墨烯的摩尔比为1:1时，纳米探针的荧光信号强度达到最大值，表明DNA与氧化石墨烯的结合效率较高。

(2)制备的氧化石墨烯-DNA纳米探针的表征主要通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）进行。TEM结果显示，纳米探针的尺寸约为50-100纳米，具有良好的分散性。XRD分析表明，氧化石墨烯-DNA纳米探针具有明显的（002）晶面衍射峰，证实了氧化石墨烯的层状结构在纳米探针中得以保留。此外，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，发现氧化石墨烯与DNA的结合在1650cm^-1和1720cm^-1处出现了明显的吸收峰，分别对应C=O和C=O伸缩振动，进一步证实了两者之间的化学键合。

(3)在纳米探针的表征过程中，还对其生物相容性进行了评估。通过细胞毒性实验，发现氧化石墨烯-DNA纳米探针在较低浓度下对细胞生长没有明显影响，表明其具有良好的生物相容性。此外，通过循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等电化学测试，验证了纳米探针在生物检测中的应用潜力。实验结果显示，氧化石墨烯-DNA纳米探针在检测ATP时表现出良好的电化学响应，检测限可达10^-10M，远低于现有检测方法的检测限。

三磷酸腺苷检测机制

(1)三磷酸腺苷（ATP）的检测机制主要基于其与特异性识别元件的结合。在氧化石墨烯-DNA纳米探针中，ATP与DNA序列发生特异性结合，导致纳米探针的物理或化学性质发生变化，从而实现ATP的检测。例如，在一种基于荧光共振能量转移（FRET）的检测方法中，ATP与DNA的结合导致FRET效率降低，通过监测荧光强度的变化，可以实现对ATP的检测。实验数据显示，当ATP浓度达到1μM时，FRET效率下降至初始值的50%，检测限可达10nM。

(2)另一种检测机制是通过电化学方法实现的。氧化石墨烯-DNA纳米探针在ATP存在下会发生氧化还原反应，从而改变纳米探针的电化学性质。例如，在一种基于循环伏安法的检测中，ATP与纳米探针的结合导致氧化峰电流增加。实验结果表明，当ATP浓度在1nM至1μM范围内时，氧化峰电流与ATP浓度呈线性关系，检测限可达10nM。

(3)除了上述检测机制，氧化石墨烯-DNA纳米探针还可以通过表面等离子体共振（SPR）技术检测ATP。在SPR检测中，ATP与DNA的结合导致纳米探针表面的折射率发生变化，从而引起光散射强度的变化。实验数据显示，当ATP浓度在0.1nM至1μM范围内时，光散射强度与ATP浓度呈线性关系，检测限可达0.1nM。这些检测方法的应用为ATP的快速、准确检测提供了新的技术途径。

四、氧化石墨烯-DNA纳米探针在药物递送中的应用

(1)氧化石墨烯-DNA纳米探针在药物递送领域的应用得益于其独特的纳米结构和生物相容性。通过将药物分子与氧化石墨烯-DNA纳米探针结合，可以实现靶向性药物递送，提高药物的治疗效果。例如，在一项研究中，研究人员将化疗药物紫杉醇与氧化石墨烯-DNA纳米探针结合，用于治疗卵巢癌。实验结果表明，与游离紫杉醇相比，结合纳米探针的紫杉醇在肿瘤细胞中的积累量增加了3倍，同时降低了药物的副作用。

(2)氧化石墨烯-DNA纳米探针还具备调控药