生物体内核酸、蛋白质等多种生物大分子与生命活动密切相关,它们通过特定的空间结构和结构的特定运动发挥不同的生物功能,具有特异性、预警性和实用性的特点。生物大分子的识别、检测和活性研究在基因组学、蛋白质组学及生物医学诊断、治疗等方面都有着重要的意义。光学检测技术具有操作简便、无需分离等优点,在建立生物分子检测技术方面越来越多地被研究者所关注。稀土掺杂上转换发光纳米材料具有长激发(近红外光),短发射(紫外光、可见光或近红外光)的特点,可以有效地避免生物样品自身荧光对光学检测的干扰,提高检测的灵敏度和准确性。基于其优越的发光特性,利用稀土掺杂上转换发光纳米材料构建生物大分子荧光探针越来越多地引起人们关注。本论文研究了稀土掺杂上转换发光纳米颗粒作为新型纳米荧光材料在甲基转移酶、核酸碱基修饰、蛋白酶等生物大分子识别和检测中的应用,建立了一系列灵敏、快速、可靠的针对核酸修饰、蛋白质异常的检测新方法,为构建生物大分子检测传感技术提供了新的设计思路。第一章,对纳米荧光材料在生物大分子识别中的应用概况做了综述,主要包括DNA及其碱基修饰,生物酶等蛋白质的结构和功能;总结了各种生物大分子荧光检测技术的特点;介绍了常见的纳米荧光材料在生物大分子检测中的应用及优缺点;概述了稀土掺杂上转换发光纳米颗粒的制备、表面修饰及在生物大分子识别中应用。第二章,设计并构筑了基于上转换发光纳米颗粒和金纳米棒的LRET型DNA甲基转移酶检测体系。首先采用热分解法合成了发光性能好,形貌均匀的红光发射稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYbF4:20%Y,2%Er(OA-UCNPs);然后利用支化聚乙烯亚胺采用配体交换法对油相OA-UCNPs进行表面改性,提高其水相分散性的同时使其带有可修饰的活性官能团;继而通过酰胺键用链酶亲和素对上转换发光纳米颗粒(PEI-UCNPs)进行表面修饰;最后以生物素和巯基分别修饰的双螺旋DNA为连接基团,通过生物素与链酶亲和素的特异性结合,以及巯基与金纳米棒之间的共价作用,构筑了基于上转换发光纳米材料的DNA甲基转移酶复合纳米荧光探针,并利用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、上转换荧光光谱和Zeta电位等对复合纳米荧光探针的构筑进行了表征。该探针利用上转换发光光谱在限制性内切酶HhaⅠ的作用下对DNA甲基转移酶M./haⅠ进行识别和定量检测,实验结果表面探针灵敏度高,线性区间为0.8～24U·mL-1,检测限达到0.04 U·mL-1。基于探针对甲基转移酶活性的检测能力,我们将探针进一步用于甲基转移酶抑制剂活性的研究,结果表明5-氮杂胞嘧啶核苷和普鲁卡因两种抑制剂由于机理不同,对甲基转移酶活性的抑制能力表现不同。第三章,限制性内切酶HpaⅡ和MspⅠ是一对具有相同识别位点的完全同裂酶,它们都能催化双螺旋DNA中5’-C/CGG-3’·5’-C/CGG-3’特征序列水解断裂,两者的区别在于HpaⅡ对序列中CpG胞嘧啶甲基化敏感,当胞嘧啶存在甲基化时HpaⅡ失活。基于这两种完全同裂酶的特殊性质,本章利用红光发射上转换发光纳米颗粒(NaYbF4:20%Y,2%Er)、金纳米棒、探针核酸适配体设计并构筑了对5’-CCGG-3’序列中CpG胞嘧啶甲基化有识别能力的LRET型稀土掺杂上转换发光纳米荧光探针。在HpaⅡ和MspⅠ的依次作用下,该探针能识别特征序列并对序列中CpG胞嘧啶甲基化识别响应,因此能用于DNA中5’-CCGG-3’序列CpG胞嘧啶甲基化水平的检测;探针对CpG甲基胞嘧啶的检测限可以达到7pM,灵敏度为 0.25 mg·mL-1。第四章,胰蛋白酶是胰腺中常见分泌物,胰腺疾病和胰腺癌患者消化系统中胰蛋白酶水平会出现明显的变化,可以作为此类疾病的标志物之一。本章基于胰蛋白酶对肽链中赖氨酸或精氨酸羧基端的水解能力,以绿光发射稀土掺杂上转换发光纳米颗粒(NaYF4:20%Yb,2%Er)为荧光供体,金纳米球为荧光受体,以合理设计的肽链作为桥联基团构筑了基于LRET机理的胰蛋白酶上转换发光纳米荧光探针。采用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、上转换荧光光谱和Zeta电位等对纳米荧光探针进行了表征。该探针作为胰蛋白酶的底物,在被胰蛋白酶水解切割后,上转换发光光谱发生明显的增强。通过考察探针灵敏度、选择性、胰蛋白酶抑制剂对胰蛋白酶活性的影响等,发现该探针对胰蛋白酶具有很高的选择性,检测线性区间为12-208ng·mL-1,检测限为4.15ng·mL-1,当抑制剂BBI浓度在0-10μg·mL-1变化时,胰蛋白酶的初始水解反应速率与其成线性相关,说明设计合成的上转换发光胰蛋白酶纳米探针还能用于胰蛋白酶抑制剂的检测和筛选。通过以上研究,发现上转换发光纳米材料可以用于核酸甲基转移酶、甲基化核酸碱基、蛋白酶等生物分子的识别和检测,说明该检测体系在生物大分子识别、检测方面具有巨大的应用前景。