基于上转换发光超结构复合物的编码载体构建与多元生物检测研究

Up-converting rare-earth nanoparticles have shown great potential as a new class of fluorophores for biological detection applications because of low background fluorescence under near infrared excitation. The project coding carriers construction based on up-conversion luminescence nanoparticles, the carriers using for multiple biological detection. The mass fabrication of up-conversion luminescence-encoded complex were achieved by employing a facile, robust, and low-cost self-assembly in microemulsion droplets,which offered a convenient, straightforward, and reproducible technique. The barcode information can be predicted and designed by controlling lanthanide composition, dopant concentration, and mass content inside complex. Furthermore, the complex were encapsulated with an amphiphilic polymer , which not only enhances the stability of the up-conversion luminescence-encoded complex but also provides the biocompatibility for immobilization of biomolecules. In addition, their surface bioactivity was investigated by using protein immunoassay, which indicates the potential application of the up-conversion luminescence-encoded complex in biodetection and biomedicine.

稀土掺杂上转换发光纳米晶由于其近红外激发至可见光的发光特性在生物学检测中具有极低的生物体背景荧光、高的检测分辨率与灵敏度。本项目提出以特定上转换发光性质的NaYF4:Yb/Ln纳米晶为发光基元，构建上转换发光超结构复合光谱编码载体。采用简易的微乳液组装技术，利用纳米晶表面配体间的疏水相互作用和范德华力形成稳定的超结构复合体，通过精确控制体系内纳米晶的种类与组份调谐微球不同的特征发光谱带而获得大数量具有高确定性光谱地址的编码载体。并选用双亲性聚合物表面包覆修饰提高超结构编码粒子稳定性的同时使其具有水溶性及赋予适于生物结合的功能基团，利用共价偶联特异性分子构建检测探针用于高通量、高灵敏度和快速筛选肿瘤标志物的上转换均相悬浮检测，此工作可预期在药物筛选、医学临床诊断领域具有重要的科学价值。

近年来，恶性疾病发病率有增高趋势， 本项目拟发展基于上转换发光纳米晶体的肿瘤标志物及病原微生物准确检测和诊断的悬浮检测系统，由于该系统是基于近红外光激发下得到可见光的反斯托克斯位移过程，而具有极低的生物背景荧光、高的检测准确性；通过在微球内添加光敏活性药物，还可以赋予微球光动力治疗功能。.本项目主要研究内容是基于高上转换发光效率的稀土掺杂氟化物纳米晶体，利用微乳液技术进行超结构复合微球组装，通过控制组装微球的基元种类和含量而得到不同种类发光谱带的微球体系，不同的谱带可用于多种不同分子的同时检测。还可通过改变乳化剂的种类、浓度可有效控制微球的粒径。为使获得的微球具备水溶性适合生物应用，对获得的微球进行表面聚合物封装，提高其稳定性，同时使得其表面富含羧基官能团，可用于进一步的偶联生物分子实现生物功能化。选购抗人-IgG等蛋白，通过三明治夹心模型进行基本的生物分子特异性识别检测应用研究，验证该检测方法的合理性等。.本项目以取得了预期的科研成果，首先，在有机高温体系合成高品质上转换纳米晶的基础上，发展了一种三元混合溶剂体系下的有机纳米晶表面配体交换修饰技术，选用 2-胺乙基膦酸双官能团小分子作为配体交换剂, 采用氯仿/ 乙醇/ 水三元混合溶剂体系下的配体交换修饰方法, 解决了疏水纳米晶与亲水配体的有效接触反应问题, 实现了上转换纳米晶的水溶性以及表面胺基功能化修饰。其次，选用水解的十八碳烯-马来酸酐共聚物为表面修饰分子, 发展了一种以疏水纳米粒子吸附的均一液相聚合物包覆纳米粒子方法。该方法解决了油溶性纳米晶与聚合物分子难以在单一体系下均匀分散包覆的问题, 实现了在均一液相体系下对疏水纳米晶的单分散包覆以及表面羧酸官能团修饰。再次，发展了以上转换纳米晶、肽箐锌以及有机聚合物为组装体一步组装获得具有光敏活性的光动力微球，具备荧光成像与光动力治疗的双重功能。