荧光DNA探针微结构及其荧光共振能量转移研究

荧光DNA探针在基因快速识别与疾病诊断等领域有良好的应用前景，目前以无机纳米粒子（半导体量子点与金纳米粒子）作为能量供-受体，搭建符合荧光共振能量转移原理（FRET）的荧光DNA探针是这一领域的新兴方向。本项目针对每个无机纳米粒子不仅只与一条DNA连接，造成这类探针的微结构（即能量供-受体比例）较为复杂，每种微结构对应的FRET效率难以研究这两个基础性问题，提出以固相有机合成技术为基础，利用功能化载体微球的空间位阻作用对供-受体粒子表面所携带的DNA数量进行精确控制，达到控制探针微结构的目的。在前期工作中已成功控制金纳米粒子表面的DNA数量为1或2条，并得到了微结构为1个量子点与1个金纳米粒子的荧光探针（此时FRET效率为64.8%），为后续进一步的精确控制荧光DNA探针微结构，解决探针微结构与FRET效率之间的关系奠定了良好基础。

荧光DNA探针在基因快速识别与疾病诊断等领域有良好的应用前景，目前以无机纳米粒子（半导体量子点与金纳米粒子）作为能量供受体，搭建符合荧光共振能量转移原理（FRET）的荧光DNA探针是这一领域的新兴方向。但由于每个无机纳米粒子都可能与不止一条DNA连接，造成这类探针的微观结构（即一个荧光DNA探针内部的能量供体与受体比例）极为复杂，从而导致目前对各种微结构所对应的FRET效率并不清楚。在本项目中，课题组提出了两种不对称合成法来控制荧光DNA探针的微观结构。一种是以固相（聚合物微球）为载体，利用功能化载体微球的空间位阻作用对供-受体粒子表面所携带的DNA数量进行精确控制，达到控制探针微结构的目的。另一种是以DNA链作为杂交模板，通过精确控制后续DNA的投入量实现对无机纳米粒子表面DNA数量的精确控制。所得结果表明，当以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为单体，使用二乙烯基苯（DVB）为交联剂，制备出的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNDMs）微球作为载体时，可以较容易的实现每个金纳米粒子(AuNPs)或CdTe量子点表面仅连接1条DNA。因此可以得到能量供受体比例为1:1的荧光DNA探针，而此时探针的FRET效率为64.8%，当目标DNA存在时，探针的荧光强度可以恢复为自身的2.1倍。为了使无机纳米粒子表面所连接的DNA数量可以控制为多条，课题组又提出了一种以DNA链作为杂交模板的不对称合成法，即使用某些具有特殊空间结构的杂交双链DNA作为模板，通过精确投入后续的单链DNA的量，达到控制荧光DNA探针微观结构的目的。结果表明，当以二水合双（对-磺酰苯基）苯基膦化二钾盐(BSPP)为新的稳定剂，SiO2包裹的CdTe量子点为能量供体，AuNPs为能量受体，可以得到微观结构（能量供受体比例）为2:1，1:1，1:2等多种形式的荧光DNA探针，而且BSPP对AuNPs等纳米粒子的稳定非常重要，在不使用BSPP时，难以控制荧光DNA探针的微观结构。