高灵敏半导体纳晶电致化学发光生物传感器的研究

半导体纳晶电致化学发光生物传感器的发展深受关注，就现有报道而言，研究还处于起步阶段。在构建高灵敏生物传感器的过程中尚存在一系列问题，如半导体纳晶的电致化学发光（ECL）强度和稳定性不如传统的发光试剂；发光电位高，易使分析对象分解，检测灵敏度低等。本项目针对这些问题，以我们课题组前期所建立的基于能量转移技术的高灵敏检测DNA方法和研究积累为基础，提出以纳米金和磁性纳米粒子为生物标记物，研究标记物与半导体纳晶电致化学发光材料之间的能量转移机制，建立高灵敏检测生物大分子的ECL测试方法。进一步研发能量匹配的ECL活性材料，深入研究纳米金粒子与半导体纳晶电致化学发光材料之间的能量转移机制如激子－等离子体相互作用机制，研究磁场对磁性半导体纳晶的ECL影响以及磁性纳米粒子作为生物标记物在ECL能量转移技术中应用的可能性，扩展这种方法的应用范围，为生命科学研究提供有力的测试技术和平台。

半导体纳晶电致化学发光生物传感器的研究处于起步阶段。在构建高灵敏生物传感器的过程中尚存在一系列问题，如半导体纳晶的电致化学发光（ECL）强度和稳定性不如传统的发光试剂；发光电位高，易使分析对象分解，检测灵敏度低等。本项目针对这些问题，采用共沉淀法于水相合成了ECL信号和发光稳定性显著增强的掺杂CdS（CdS:Mn, CdS:Eu）纳米晶（单云博士论文,2010；Nanoscale，2012），研究了CdS对TiO2纳米阵列电极电化学发光增加机理（Analyst 2012）。基于AuNPs局部等离子体共振（LSPR）效应的能量转移体系，结合“DNA机器”进行“目标物”循环放大，研制成一种检测限低达5 aM的超高灵敏DNA传感器（Chem Commun, 2011）；深入研究了磁场对这种能量转移体系的影响，发现外加磁场和磁性离子均会抑制这种能量转移（Anal Chem, 2011, 成为Anal Chem当年二季度点击率最高的十篇论文之一）；结合磁分离技术和这种SPR增强效应，实现了细胞的灵敏检测；发现并验证了Fe3O4纳米粒子对稀磁半导体CdS:Mn纳晶膜的ECL具有距离依赖的猝灭和增强效应——光磁效应（Chem Commun, 2010），并成功用于免疫分析；基于改性CdTe量子点类黑体吸收特性，提出了一种高效的能量清除型ECL传感模式（Chem Commun, 2010）。在此基础上，利用多壁碳管负载CdTe和CdTe /SiO2复合纳米粒子作为生物标记物来放大信号，实现了血清中的PSA( Analyst 2012)和凝血酶(Nanoscale，2011)的高灵敏检测。集适配体/蛋白识别等和多种能量转移机制为一体，实现了单核苷酸多态性（Anal Chem, 2011）的高灵敏检测。这些能量转移体系和生物分析新方法的简历为高灵敏、特异性纳米生物分子器件的研制开辟了新途径。该项目共发表SCI论文13篇，IF>5的论文8篇；培养研究生7名；国内外邀请报告4次。