长程共振能量转移及其在生物医药分析中的应用

共振能量转移(RET, 如FRET和BRET等)已得到广泛应用, 但能量转移局限在10nm距离内, 且转移效率受能量供体(D)-受体(A)距离等因素影响,但应用受限。本项目拟利用现代纳米加工技术构建D和A具有长距离共振能量转移空间布局的分子微器件来研究金属纳米颗粒间的等离子体共振耦合、量子点间的激子耦合、金属纳米颗粒-量子点间的等离子体-激子相互作用和磁性纳米颗粒间的偶极相互作用。通过建立点到点、点到线、点到面、点到板能量转移体系，探讨D-A能量转移受D和A材质、外貌、光磁特性、距离、取向、环境介质的影响,从共振耦合理论和费米黄金法则出发，提出长程共振能量转移(LrRET)机制,并借以发展和建立面向重大疾病生物标志物和新药的分子器件和高灵敏分析法。项目凝练出如何实现高效LrRET的关键科学问题,旨发展RET理论，并建立生化及医药的高通量、可视化、实时分析新方法, 既有理论价值又有应用前景。

本项目的主体思路是基于调节供体-受体距离等参数研究长程共振能量转移（LrRET）机制，并应用于生化及医药的高灵敏分析测试。即从理论上探讨发生LrRET 的条件，在应用中建立面向重大疾病的生物标志物和新药的可视化、实时分析和传感方法， 探明兴趣分子的作用功能、作用靶位及作用机制，实现兴趣分子作用过程的空间和时间分辨。按照预期计划，项目在理论上和应用中都取得了较好的成果。. 主要进展如下：. 1) 制备了具有优良特性的碳纳米材料、金纳米簇和贵金属纳米颗粒能量供体。采用特色碳源制备得到量子产率高的碳纳米材料供体，并发现了碳点聚集诱导荧光增强效应；采用生物与天然模板制备得到长荧光寿命的金纳米簇供体；暗场成像分析结果表明，贵金属纳米供体的形貌、尺寸及介质等对LSPR散射性质有较大影响。. 2) 在理论上，探讨了影响LrRET的受体因素和时空因素。发现并证明了碳材料受体具有维度依赖性，为构建高效能量转移对提供了重要理论依据；构建了金属增强荧光LrRET体系，并探讨了距离对转移效率的影响。. 3) 在应用中，建立了一系列生物活性物质的高灵敏分析方法，实现了DNA链置换反应、药物释放等动态过程的实时监控与调控。