论文部分内容阅读
量子点(QDs)是一种新型荧光纳米材料,具有众多独特的光物理特性,如高荧光量子产率、宽谱带吸收、窄谱带发射、发射峰连续可调,以及优良的抗光漂白性。基于QDs的荧光生物传感器具有高灵敏度和选择性,以及低成本、检测可视化等优势,对于开发高效的生物组分分析和疾病诊断方法具有重要的研究意义,目前成为近年来生物医学领域中研究的热点。本论文在合成了多种颜色、不同结构QDs的前提下,以QDs表面的生物偶联功能化为基础,构建了多种结构的荧光探针/传感器,并成功应用于DNA微阵列、编码微球阵列以及单细胞分析,分别实现了单核苷酸多态性(SNP)、microRNA(miRNA)以及细胞内Pb2+的检测。论文主要研究内容如下:1.合成了不同结构的多色量子点。利用金属有机法制备了 CdSe和InP单核量子点。使用连续离子层吸附反应(SILAR)法进行无机层包覆,制备了核/壳型CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS以及InP/ZnS量子点。此外,使用一锅法制备了三种合金型CdxSe1-xZnyS1-y、Cd1-xZnxSe和Cd1-xZnx/ZnS油溶性量子点。所制备的量子点具有较高荧光量子产率和较窄的半高全宽,并且发射波长连续可调(400nm-660nm),为量子点荧光传感器的构建提供了良好的材料基础。2.制备了链霉亲和素修饰的量子点(strAV-QD),并开发了该纳米荧光探针应用于分子信标(MB)微阵列分析的方法。所使用的MB在5’和3’末端分别修饰巯基和生物素,并通过巯基构建微阵列。当靶标DNA不存在时,MB处于"闭合"状态;当靶标DNA存在时,杂交反应"打开" MB。由于较大的尺寸,StrAV-QD只能标记"打开"状态而不标记"闭合"状态的MB,从而实现了对靶标DNA的高灵敏、高特异性检测,信噪比达到8.0。此方法避免了对靶标DNA的修饰并无需进行信号放大。通过应用StrAV-QD荧光探针标记MB微阵列进一步实现了对Ⅱ型糖尿病相关rs12255372 和 rs7903146 两种 SNP 的检测。3.制备了核酸适配体(apt)修饰的红色量子点(apt-rQD),并与绿色包硅量子点(gQD/SiO2)修饰的氧化石墨烯(GO)结合,构建了一种新型的双发射荧光传感器(apt-rQD@G0@gQD/SiO2),可实现对Pb2+的比率荧光检测。在该传感器中,InP/ZnS为荧光团,GO为淬灭剂,gQD/SiO2为参比荧光。当Pb2+不存在时,apt利用与GO之间的吸附作用拉近荧光团与猝灭剂之间的距离,通过纳米金属表面能量转移(NSET)作用导致量子点荧光猝灭。当apt与Pb2+特异性结合后,apt转化为G-四链体结构,使得apt-rQD脱离GO表面,NSET效率降低,rQD荧光增强,而gQD/SiO2的荧光保持不变,从而实现了比率荧光检测。由于apt-rQD、GO及gQD/SiO2良好的生物相容性,制备的传感器能够实现对细胞内Pb2+的检测。4.制备了二氧化硅包覆的量子点编码微球(Qbead@SiO2),并通过其表面的靶标结合以及链式杂交反应(HCR),结合小分子荧光染料染色技术,可用于对miRNA的多元、比色分析。在Qbead@SiO2表面,靶标DNA与捕获探针杂交后,可诱导两种发卡结构DNA发生约11个循环的HCR反应。HCR扩增导致小分子染料信号放大,其与Qbead@SiO2的编码荧光信号复合,进而实现了 Qbead@SiO2发光颜色变化的放大,从而允许进行有效的比色分析。这种Qbead@SiO2—HCR分析方法实现了对miRNA的高特异性、高灵敏分析,检测限降低至700 zmol,动态范围达到4个数量级。进一步基于四种编码微球可通过该比色分析方法实现对乳腺癌细胞中提取的四种miRNA的定量检测。