量子点-纳米金荧光共振能量转移体系的构建及其生物检测

Fluorescent biosensor has been one of the most interesting research fields for optical biosensor. So far, fluorescent biosensor still has some evident defects, especially in the instability and low sensitivity. In this research, we chose the quantum dots (QDs) as energy donors and AuNPs as the acceptor of fluorophores (quencher) in order to establish fluorescence resonance energy transfer (FRET) fluorescent sensor for specific recognition on biological resources in Xinjiang province. Such biosensors are based on Ⅱ - Ⅵ water-soluble fluorescent quantum dots which have both good fluorescent properties and stable optical performance. Moreover, the photoluminescence (PL) of fluorescent QDs can cover the entire visible wavelengths by changing the size of the QDs. The effective way of surface modification method of the quantum dots and the synthesis of gold nanoparticles will be investigated. And also such FRET sensors are going to be used to detect xinjiang characteristic transgenic cotton antifreeze proteins DNA fragments. The designs or constructions of such biosensor are expected to become one of the most active aspects and to propel the development of modern bioanalysis in great extent, and hope to play an active role in promoting the intersection and merging of optics with chemistry, material, biology and other discipline areas.

荧光生物传感器是近年来光学传感器领域的研究热点之一。但目前荧光生物传感器实用化发展还需解决荧光信号的不稳定性和检测灵敏度较低等困难。在本项目中，我们拟采用量子点为能量供体，纳米金为能量受体（猝灭剂），构建简单、灵敏、且性能稳定的荧光共振能量转移（FRET）传感器，并应用于新疆特色生物资源的生物检测。以期制备出具有良好荧光特性、光学性能稳定且尺寸可控的高质量的Ⅱ-Ⅵ族水溶性荧光量子点，并掌握量子点的表面修饰方法和纳米金的合成手段。开展基于量子点-纳米金构建的FRET传感器，进而对新疆特色转基因棉花中抗冻蛋白的有效DNA片段进行检测实验，为实现产品化的荧光传感器奠定较好的基础。这对当代生物分析将产生一定推动作用，同时促进光学、化学、材料、生物等学科的交叉融合，也有一定的学术意义。

荧光共振能量转移（FRET）是一种非辐射能量跃迁，基于FRET原理的生物传感分析技术具有灵敏度高，分辨率好，成像清晰且直观等优点。本项目充分与新疆生物资源优势相结合，发展基于量子点的荧光共振能量转移（FRET）光学生物传感器的研究，探讨其在生物检测中的应用。此项研究能够为新疆地方经济的快速发展提供有力的技术支持。取得的成果如下：.（1）短波长荧光探针的制备.以电化学腐蚀法制备的一维多孔硅光子晶体为衬底，采用溶胶-凝胶法制备ZnO/PSM发光材料以期得到荧光性能稳定的荧光生物传感器探针，既克服了传统纳米材料制备工艺繁琐、调控困难的不足，又使ZnO/PSM光学特性得到显著增强。.（2）硅基荧光共振能量转移生物传感器的构建.成功地设计一种化学交叉偶链的方法，通过功能分子修饰量子点，控制量子点表面功能分子的数量，并确保修饰后的量子点具有良好的荧光性能，用于对DNA的生物检测。多孔硅光子晶体生物传感器的检测机理是利用量子点和纳米金通过DNA的杂交反应来实现荧光共振能量转移。这种基于多孔硅一维光子晶体构建的荧光共振能量转移光学生物传感器，有别于传统荧光共振能量转移生物传感器只能用于液相的检测限制。.（3）水溶性荧光共振能量转移生物传感器的制备.通过对不同波长紫外光激发乙醇-水溶液的荧光光谱分析，系统地讨论了水对乙醇溶液荧光光谱的影响。利用氨基修饰的带负电的多孔硅纳米颗粒和柠檬酸钠还原法制备的带负电的纳米金共同构建荧光共振能量转移生物传感器,并对L-半胱氨酸进行检测。.（4）多孔硅基荧光共振能量转移生物传感器的制备.通过室温电化学腐蚀，成功地制备了多孔硅(PS)双布拉格镜，用于无DNA标记的氨氧化细菌(AOB)检测生物传感器。与其他一维光子晶体结构相比，双布拉格镜结构制备简单，具有良好的光学性能。多孔硅双布拉格反射镜的高反射率带宽度约为761 nm，且反射光谱中有一个在1328 nm处的有一尖锐共振峰具有较高的灵敏度和可分辨性。此项研究为实际环境中AOB的检测提供了可行性和有效性。