量子点是一种新型的半导体纳米颗粒,是纳米生物光子学重要的工具之一。量子点作为一种极具应用前景的信号探针,与传统有机荧光染料相比,具有宽而有效的激发谱,窄而对称的发射谱,高的荧光量子效率,优异的光化学稳定性,方便灵活的表面可修饰性,以及发射波长尺寸可调等优点。基于这些独特的光学性质,结合先进的分析检测技术和平台,量子点在生物分析中的应用日益广泛,包括细胞与组织标记、生物分子跟踪与检测、免疫反应分析等方面,并取得了许多重要成果。但是,纵观量子点在生物分析领域的应用,大部分的机理都是基于生物分子之间的特异性相互作用。因此,构建量子点-生物分子复合探针,使量子点具有特异性靶向作用的同时,保持其荧光强度和稳定性,并且尽量减少其他生物分子的非特异性吸附,这对于量子点在生物领域的应用,起着尤为关键的作用。随着现代医学技术的发展,医学检测中要求化验和检验的仪器具有更高灵敏度、更短检测时间、更小体积、便携化。而新近发展起来的生物芯片技术,即微流控芯片技术所具有的优点能够很好地满足这些要求。目前,微流控芯片主要应用于基因测序、蛋白质图谱分析等高、精、尖领域。随着微流控芯片技术的不断成熟和制作成本的不断降低,必将大规模地进入到常规医学检测领域,取代那些笨重而且操作复杂的化验、检验设备,进而促进医疗水平的进步。然而,目前微流控芯片的检测灵敏度和特异性仍然有待提高。我们课题组在水相合成高性能量子点方面有很好的基础,利用微波辅助水相量子点制备技术,制备了优良性能的水分散性量子点。基于这个优势,我们试图开展一些原创性、有实际意义的研究工作,将量子点信号探针和微流控芯片检测平台相结合,充分发挥两者的优势,克服彼此的缺陷：即量子点优异的荧光性能,有助于提高微流控芯片的检测灵敏度,并扩大其应用范围；微流控芯片技术的可控性、高通量,有利于提升量子点探针的标识能力。本文构建了一系列性能优良的量子点-生物分子复合探针,并将这些复合探针用于微流控芯片,对生物分子进行检测。具体研究内容如下：1.构建了一种新型的微流控芯片检测体系。这种微流控芯片是由PDMS片层和芯片基片组成。借助此微流控技术平台,实现了生物分子在固相表面的固定组装、识别、捕获、检测等一系列的生物反应过程。此芯片制作成本低,易于操作,可实现不同种类、不同浓度的生物分子在微流控芯片上的快速分析。与传统的微阵列芯片相比,这种微流控芯片技术能够更好地保持生物分子的活性,样品消耗量很少,不需要昂贵的点样仪,对环境也没有严苛的要求,并且流体具有可控性,有利于提高生物分子之间的结合效率,提高检测灵敏度和特异性。2.构建了量子点-亲和素复合探针,并将这种探针用于微流控蛋白质芯片。基于静电相互作用,将带相反电荷的量子点和亲和素自组装,形成了量子点-亲和素复合探针,并将这种纳米生物复合探针作为信号探针,用于微流控蛋白质芯片,对肿瘤标志物进行检测。通过实验条件的不断改进和优化,克服了PDMS微通道和基片对蛋白质的非特异性吸附,减小了量子点对蛋白质的非特异性吸附,降低了芯片的背景信号,提高了量子点在芯片上的信号强度。实验结果表明,相对于传统的荧光染料(FITC),采用量子点作为信号探针,无论是信号强度,信号稳定性,还是检测灵敏度,都有明显的提高。这是首次将量子点引入到微流控蛋白质芯片中。量子点在微流控芯片上的优异表现,证实了我们所构建的检测体系,充分地融合了量子点和微流控技术的优势,为蛋白质的检测和分析提供了一个新颖而有效的途径。3.构建了量子点-免疫球蛋白复合探针,并将这种探针用于微流控蛋白质芯片。基于共价偶联的机理,将量子点和免疫球蛋白(羊抗鼠二抗)连接,形成了量子点-免疫球蛋白复合探针。详细地探讨了共价连接对量子点荧光强度和稳定性的影响,制备得到了有效且稳定的量子点生物探针。本文将这种量子点生物探针,用于微流控蛋白质芯片,采用夹心免疫分析法,实现了缓冲液和血清中肿瘤标志物的高特异性、高灵敏度检测；采用反相免疫分析法,实现了混合样品的多元检测和多色成像。对于真实样本和复杂样本的有效检测,预示着这种检测体系在临床检测和蛋白质组学研究领域具有强大的应用潜力,为理论研究向实际应用转换提供了有利的技术支撑。4.构建了量子点-DNA-生物素-链霉亲和素复合探针,并将这种探针用于微流控蛋白质芯片。本文提出了一种新型的以DNA作为“桥梁”的蛋白质在量子点表面可控组装的策略。作为验证实验,我们设计并制备了量子点-DNA-生物素-链霉亲和素(QD-DNA-biotin-STV)纳米生物复合物。实验表明,组装得到的复合物具有很高的荧光强度、稳定性,以及生物分子的活性。将这种量子点复合探针作为信号探针,用于微流控蛋白质芯片,实现了肿瘤标志物的高特异性、高灵敏度检测。检测限达到50fM,比有机荧光染料的检测限低4个数量级；比量子点-亲和素复合探针的检测限低一个数量级。这种组装策略避免了对量子点和生物分子的破坏,非常温和、可控、有效,具有很高的普适性,将在生化分析和临床应用中有广泛的应用前景。5.构建了量子点-DNA复合探针,并将这种探针用于微流控DNA芯片。基于配体交换的原理,巯基修饰的DNA部分取代量子点表面的巯基配体,制备得到量子点-DNA复合探针。通过控制组装条件,得到了不同组装密度的量子点-DNA复合探针。构建了基于双色量子点的FRET体系,实现了靶DNA均相检测。首次将量子点-DNA探针应用于微流控DNA芯片,实现了靶DNA的非均相检测。实现结果表明,检测具有比较高的灵敏度,检测限达到了50fM。除此之外,这种检测体系能够有效地区分完全互补序列、单碱基错配、非互补序列,具有很强的特异性和选择性,为DNA的检测提供了一种全新而有效的检测途径。6.发展了一种基于量子点的葡萄糖非标记检测法。首先证实了过氧化氢对量子点的荧光淬灭效应。基于葡萄糖氧化酶对葡萄糖的氧化催化反应,伴随有过氧化氢生成,因此通过监测量子点荧光强度的变化,检测葡萄糖的浓度。实验表明,这种检测方法对浓度为微摩尔/升到毫摩尔/升的葡萄糖都能有效地检测,检测限为1.8μM。另外,基于同样的检测原理,采用96孔板作为检测平台,实现了标准样品和血液样本中葡萄糖的检测。检测结果与商品化血糖仪的测量值进行比较,证实了这种检测方法具有比较高的可信度。这种检测体系,不需要繁琐的化学修饰过程,也不需要复杂的检测仪器和昂贵的试剂,可以预见,这种基于量子点的葡萄糖非标记检测方法在生化分析和临床检测中有较大的应用潜力,并且经过进一步的设计和改进,有望发展成为一种便携式、低成本的血糖仪。