单个纳米颗粒作为实时在线光学探针对其表面若干生物催化过程的研究

等离激元光子学作为纳米光学的重要分支，可实现纳米尺度的观测，进一步实现单分子水平上的检测与分析。本项目以单个金属纳米颗粒的等离激元共振瑞利散射作为光学探针，在暗场显微镜下实时在线的研究具有重要生理意义的酶的活性，和酶催化反应的底物和产物水平等，进一步构建这些酶或生物小分子的纳米传感器，并制备生物相容性好的金属纳米颗粒，并将此应用到实时监控细胞内特定酶的分布信息和生理变化过程影响的研究中。项目首先以分子组装、纳米加工等技术制备特殊形貌、组成的金属纳米颗粒，通过界面修饰组装到ITO玻璃界面上，并进一步通过化学/物理方法修饰生物酶，以金属纳米颗粒的等离激元共振瑞利散射的变化研究不同底物及底物浓度影响下的生物催化过程；筛选出优良的体系并制备生物相容性好的金属纳米颗粒，对细胞微区内的代谢及酶活性进行测试和分析，从而开辟以单个金属纳米颗粒为探针的界面催化过程分析和纳米传感器。

本项目以等离子共振散射光谱研究为基础,研究了单个铜纳米粒子生长和表面氧化过程，以及电沉积单个纳米粒子的生长行为,并以此建立了以单纳米颗粒作为光学探针,开展了DNA杂交调控金纳米粒子类葡萄糖氧化酶催化活性等生物催化过程的相关研究。具体研究内容如下:.1. 单个铜纳米粒子生长和表面氧化过程实时监测.通过电沉积法将CuSO4溶液在ITO电极表面还原得到铜纳米粒子(CuNP)，将暗场显微技术和等离子共振散射技术相结合，实时、原位观察了单个CuNP的生长和表面氧化过程。并为进一步研究Cu或Cu氧化层的催化活性以及相关生物过程研究奠定了良好基础。.2. 单个电沉积纳米粒子生长行为及其应用研究.通过在ITO电极表面构建SP1/磷脂自组装界面,实时监测了单个金、银和铜纳米纳米颗粒的生长行为。并以此定量分析了抗原抗体特异性结合等生物过程，为开发新型的生物分子传感器开拓了新的研究领域。.3. .DNA杂交调控金纳米粒子类葡萄糖氧化酶催化活性的研究.利用等离子体共振散射原理，观测了吸附有单链DNA或双链DNA的金纳米粒子的生长情况。同时考察了金纳米粒子催化葡萄糖和氧气的反应过程，并基于其产物过氧化氢能够还原氯金酸使金纳米粒子继续生长的原理，将吸附DNA的金纳米粒子作为葡萄糖检测的单颗粒传感器。.4. 单纳米颗粒作为光学探针的超灵敏ATP检测方法.基于金纳米粒子自催化生长构建了一个独特的核酸适配体-等离子体共振传感器，用于ATP的检测。并为DNA目标物在单粒子水平的检测提供了一种普适性的方法，为利用金纳米粒子检测生物分子进行了一次新的探索。. 项目执行期间共发表SCI论文6篇,其中Angew.Chem. Int. Ed. 1篇、Chem. Commun. 2篇、RSC Advance1篇、Analyst1篇、Talanta1篇;申请专利2项。 总体上,项目研究按计划顺利完成,未作大的调整,且超额完成了部分计划指标。