基于量子点阳离子交换信号放大-化学蒸气发生-原子光谱的新方法及应用研究

The bioanalysis based on atomic spectrometry has become one of most important development tendencies in atomic spectrometry. Conventional bioanalytical method by atomic spectrometry (AS) has several drawbacks including low sensitivity, tedious separation procedures, complex matrix interference and can not simultaneous multicomponent analysis. The goal of this research proposal is to initiate following research works to overcome the aforementioned drawbacks: (1) a new method will be developed for ultrasensitive detection of protease and gene tumor markers (TM) based on cation exchange reaction (CER) in quantum dots (QDs) by chemical vapor generation-atomic spectrometry (CVG-AS). Tumor makers can be easily and sensitively detected without complex separation steps by this proposed method, owing to the magic signal amplification by the CER, the high transport efficiency and efficient matrix separation by the CVG and the high selectivity influenced by tumor markers as only specific markers can make the cation exchange reaction happen; (2) a simultaneous detection for multi-tumor markers will be achieved by multiple-labeled QD-CER-CVG-AS; (3) the integration of CER with novel miniaturized CVG-AS will be developed for the detection of tumor makers.

基于原子光谱的生物分析是近年来原子光谱的重要发展方向之一。针对传统原子光谱-生物分析方法存在的灵敏度低、分离步骤繁琐、样品基体干扰严重、分析对象单一等问题，本项目拟开展以下工作来弥补传统方法带来的不足：（1）建立量子点阳离子交换（CER）化学蒸气发生（CVG）原子光谱（AS）的新分析方法，并将其用于蛋白酶及基因类肿瘤标志物的高灵敏分析。该方法利用量子点CER起到信号放大作用，从而显著提高灵敏度；采用CVG进样实现样品与基体的有效分离，消除基体干扰；通过以生物分子包裹量子点的引入，使CER仅在能与生物分子特异性结合的标志物存在时才能发生，从而实现简单、无需复杂分离步骤的肿瘤标志物分析；（2）采用量子点多标记CER-CVG-AS实现同时对多种肿瘤标志物的高灵敏分析；（3）将该CER分析方法与已有的小型化CVG-AS分析方法结合，建立小型化肿瘤标志物分析系统。

针对传统原子光谱在元素形态分析及生物分析中存在的灵敏度低、分离步骤繁琐等问题，本项目建立了一系列基于量子点阳离子交换信号放大技术的原子光谱/分子光谱分析新方法，并将其成功用于简单、快速、高灵敏的元素形态分析及生物分析。项目主要完成了：（1）利用量子点可以选择性地与金属离子（Hg2+或Ag+）发生阳离子交换反应（与金属-适配体如T-Hg2+-T、C-Ag+-C等不反应），结合DNA信号放大与量子点阳离子交换信号放大等策略，开发了一系列原子光谱/分子光谱/可视化多模式生物分析方法，实现了DNA、RNA、蛋白质等癌症标志物的高灵敏、高选择性分析；（2）建立量子点阳离子交换-原子光谱/分子光谱的形态分析新方法，用于银离子及银纳米的高灵敏分析；（3）为了提高量子点的光学性能和稳定性，建立了氢化物发生合成法及生物调控合成法等量子点合成新方法，并将其用于金属离子及生物分子的可视化分析；（4）利用目标物能促使DNA发卡结构、G四联体等结构的形成或解离的特点，开发了一系列免标记、免分离的荧光生物分析方法；（5）设计并开发了小型化学蒸气发生-紫外原子化-原子荧光分析系统及化学蒸气发生-尖端放电-原子发射光谱分析系统，用于Cd2+及Hg2+的检测。在项目执行过程中，相关研究工作在SCI刊物上发表学术论文20篇，其中第一作者/通讯作者论文18篇。该量子点阳离子交换-原子光谱/分子光谱多模式分析法有望在医学诊断、环境分析等领域发挥积极作用。