量子点-金纳米棒荧光共振能量转移系统的构建及其传感应用研究

本项目旨在利用量子点和金纳米棒波长可调的独特优势，构建以量子点为能量供体、金纳米棒为能量受体的荧光共振能量转移系统，揭示零维能量供体（量子点）与一维能量受体（金纳米棒）这一新的供体-受体对之间荧光共振能量转移的特点和规律。该设计将荧光共振能量转移的高灵敏度和近红区检测的低背景干扰相耦合，以期实现对一些重要的化学或生物学样本和过程（pH、DNA序列及蛋白酶活性等）的高选择、高灵敏荧光传感。该项目可拓展现有的荧光共振能量转移体系，深化人们对量子点和金纳米棒光物理行为的认识，为化学和生命科学研究提供新的技术手段，进一步推动纳米科技向化学和生物学等相关领域融合，具有巨大的研究空间和潜在的应用价值。

近三年来，我们对项目“量子点-金纳米棒荧光共振能量转移系统的构建及其传感应用研究 ”（B050902）进行了较为系统、深入的探索。我们发现金棒的形貌（长径比）能够有效的调制（量子点-金纳米棒）之间能量转移效率；通过理性的表面修饰技术能大幅提高二者的能量效率(92%)。在此基础上，我们构筑了相应的传感体系，分别用于三硝基甲苯（TNT）和手性对映体的检测。此外，我们还对量子点的传感应用和组装性质进行了探索，并取得了一些积极的结果：.1）利用（量子点-金纳米棒）荧光共振能量转移体系首次实现了三硝基甲苯（TNT）的近红外、荧光“点燃”检测。首先，利用巯基乙胺分子对CTAB辅助合成的金棒进行替换修饰，获得了表面带有氨基的、正电荷的金纳米棒；利用静电作用将表面带负电量子点与该金棒形成异质自组装体，由于巯基乙胺分子非常短，大大提高了从量子点到金棒的能量转移效率（92%）;在该体系中加入TNT分子，由于TNT和金棒表面的氨基形成梅森海默复合物，将量子点从金棒表面置换下来，从而实现了TNT的近红外、荧光“点燃”法检测。由于低的背景干扰，该法将荧光测量TNT的灵敏度提高了400%以上。.2）发展了对映体检测的新方法：以非专属探针、非混合体系实现了对映体的精确定量。分别以两种手性量子点（L-半胱氨酸和D-半胱氨酸）为能量供体，以金纳米棒为能量受体，建立了两个荧光共振能量转移对。引入半胱氨酸分子可以引发从量子点到金棒的能量转移，而能量转移效率与加入半胱氨酸的浓度和构型有关。通过综合分析两个体系的数据，可实现混合半胱氨酸两种对映体含量的分别测定。.3）发展了以量子点为荧光探针的“点燃法”阴离子传感。研究表明，量子点在阴离子的“点燃法”荧光检测中有一定的应用价值。基于三种常见的作用机制，即：能量转移、电荷转移以及量子点的表面化学调控均可以实现阴离子的点燃法检测。.4）在细胞水平研究了量子点的传感应用。我们利用量子点在不同pH下发射颜色的不同，实现了肝癌细胞的pH视踪。.5）研究了化学法调制无机纳米粒子自组装体的结构和性质。利用化学刻蚀无机纳米粒子自组装体，获得了空心、摇铃结构的超级纳米粒子，且产物具有高的、可调的荧光发射。