基于金属纳米晶双场增强量子点荧光的光纤生物传感器研究

纳米技术发展为新型高灵敏光纤生物传感器的发展提供了新途径。利用表面等离子场与光场相互作用的新技术，构建基于金属纳米阵列以及金属纳米晶产生的双表面等离子体场增强量子点荧光的光纤生物传感器，提高光纤生物传感器的灵敏度。研究金属纳米晶对量子点荧光表面增强效应的基本问题，据此优化金属纳米晶对量子点荧光的表面增强效应,在此基础上，进行金属纳米晶与量子点复合结构的构建，获得具有高亮度的复合荧光探针；研究纳米复合荧光探针与抗体分子的柔性偶联，提高其偶联抗体分子的免疫活性和特异性；研究在光纤表面制备金属纳米阵列的新方法以及金属纳米阵列与金属纳米晶产生的双场增强荧光效应，从微观上确定具有最佳增强能力的各种结构参数；研究复合荧光探针在光纤传感区的高效激发及其荧光耦合与光纤传感区的几何构型的依赖关系。本项目密切结合纳米生物医学发展的需要，为实现对癌症等重大疾病的早期预防、诊断和治疗提供理论依据和技术手段。

本项目研究了高性能发光量子点、金纳米粒子及其硅壳制备与表征新方法；利用硅包金纳米粒子的表面等离子场，构建了基于纳米金表面等离子场增强荧光量子点生物探针的光纤生物传感器，拟发展癌症等重大疾病早期检测和诊断的新方法。创新地应用MUA分子作为耦联分子，首次实现了贵金属纳米包覆硅壳的“万能”方法。在获得了这些性能优异材料基础上，研究了金纳米粒子等离子场增强量子点发光的条件及相关参数、金纳米粒子等离子双场增强量子点发光的条件及相关参数。研究结果首次表明：金纳米粒子等离子场与量子点相互作用存在其等离子场增强和猝灭荧光两个竞争过程。当量子点发射光谱极大值位于等离子吸收极大值或吸收谱半高宽之内时，金纳米粒子等离子场对量子点荧光产生猝灭。当量子点发射光谱极大值位于金纳米粒子吸收极大值时，量子点荧光增强最强。随着量子点发射极大值远离等离子吸收谱半高宽长波长方向的极大处时，其增强效应随之减弱。本项目将高性能荧光量子点与光纤生物传感器优点结合，在国际上首次实现了基量子点荧光生物探针的多靶标光纤生物传感器，实现了多靶标高灵敏、高特异性的快速检测。研究了纳米复合荧光探针与抗体分子的“柔性”偶联方法，提高了其耦联抗体分子的免疫活性和特异性。根据国内外研究现状和新发展趋势，对原计划进行了部分调整和扩展。在进行金纳米粒子增强量子点荧光研究的同时，调控参数和纵横比，获得增强效应更佳的金纳米棒，构建了量子点和金纳米粒子的生物分子光开关。除此之外，将制备的高生物相容性的高效荧光量子点与自杀基因KT分子和CGV靶分子进行组装，首次构建了集荧光成像、荧光示踪和自杀基因可视化治疗于一体的多功能纳米平台，初步揭示了金纳米粒子与荧光量子点相互作用增强和猝灭荧光的机理及规律。.通过对量子点表面的“柔性”修饰，在提高了量子点的生物相容性、生物特异性和检测灵敏度基础之上，初步实现了本项目研究目标之一，即：解决量子点荧光生物探针选择性低、生物特异性低和检测灵敏度低的技术难题，建立了一种提高荧光量子点生物检测灵敏度、选择性方法的研究目标。实现的另一研究目标，即：通过双等离子场增强量子点荧光机制提高光纤生物传感器检测灵敏度的可行性。 . 本项目发表相关论文共论25篇，其中，SCI论文9篇；1篇EI，会议论文：15篇，其中国际学术会议8篇，国内学术会议7篇。申请发明专利3项，培养博士研究生9人，在站博士后2人。