基于上转换纳米粒子和金纳米棒荧光共振能量传递的均相免疫分析在全血检测中的应用研究

It is challengeable to achieve the highly sensitive and fast homogeneous immunoassays for whole blood detection in medical and clinical applications. In this scientific research item, the special advantages of higher energy near-infrared or visible luminescence of upconversion nanoparticles (UCNPs) excited by the lower energy near-infrared laser (980 nm) in biological window, the special advantages of gold nanorods (GNRs) in higher extinction coefficient along with the tunable plasmon resonance peaks through the biological near-infrared window, and the fluorescence resonance energy transfer (FRET) from UCNPs to GNRs are particularly exploited to construct the uniform UCNPs/GNRs FRET nanoplatform to execute the highly sensitive and fast homogeneous immunoassays for whole blood detection. The new approaches are investigated in detailed to enhance the FRET efficiency. The new technique and method are investigated to realize the whole blood detection utilizing the UCNPs-Ab/Ag/GNRs-Ab based sandwich structures. The influence and influencing law of the whole blood conditions to detection results of this homogeneous immunoassays based on the UCNPs-Ab/Ag/GNRs-Ab nanoplatform are also investigated. Through this item, we would provide a new technique and new approach for the fast whole blood detection with such advantages as little blood sample necessity, low cost, few experimental procedures, fast detection, etc.. Therefore, this item is scientifically significant in solving the present challengeable problems in medically and clinically whole blood and quantified detection.

实现高灵敏全血均相免疫快速检测是医学临床面临的一个挑战性难题。本项目应用上转换纳米粒子（UCNPs）可近红外光激发上转换为高能量近红外光和可见光的特性、金纳米棒（GNRs）大消光系数及其等离子体吸收可调致近红外区的独特性质，基于UCNPs和GNRs之间的荧光共振能量传递（FRET）原理，设计和构建基于UCNPs和GNRs的全血均相免上转换疫检测的UCNPs/GNRs纳米平台；为实现全血均相发光上转换免疫检测的高灵敏度，重点研究提高UCNPs和GNRs之间FRET效率的新途径，研究建立基于UCNPs-Ab/Ag/GNRs-Ab "三明治"结构全血检测新技术和方法；研究全血环境对UCNPs-Ab/Ag/GNRs-Ab均相免疫检测结果的影响及其规律，为建立一种取血样少、成本低、过程简单、检测速度快等诸多优点的全血快速检测新技术和新方法提供新原理和前期研究科学基础。

针对本项课题“设计和构建基于高效稳定的UCNPs和大消光系数的GNRs理想供/受体对的UCNP/GNRs全血均相检测纳米平台，认识和理解影响FRET效率的物理机制和揭示表面与界面相互作用的科学规律；认识和理解全血分析检测中各个复杂组份对UCNPs/GNRs纳米平台检测结构、稳定性及检测性能的影响，掌握UCNPs/GNRs性能进一步改进和提高的科学依据；发展一种基于UCNPs供体/GNRs受体间FRET的无生物自荧光、取血少、快速、高灵敏全血均相发光上转换免疫检测的新技术和新方法。”的研究目标，本项目完成了高效的核壳结构UCNPs和大消光系数的GNRs的制备研究。研究用于全血均相靶标检测的UCNPs/GNRs纳米平台的构建及其性能表征。研究UCNPs/GNRs构建基元间的FRET效率及提高FRET效率的新途径，为实现高灵敏全血均相免疫检测提供有效的UCNPs供体和GNRs受体。除此之外，应用QDs作为FRET供体，应用贵金属纳米粒子作为受体，开展了均相免疫检测的研究，首次发展和报道了基于银纳米三角片为受体和QDs为供体的均相免疫检测新方法；发展了金属纳米粒子普适性的包硅新方法以及抑制金纳米粒子细胞毒性的新技术。经过3年的研究，可以得到如下结论：1）通过连续离子层吸附技术可以合成高效稳定的核壳UCNPs；2）应用UCNPs作为FRET供体，GNRs作为受体可以构建均相免疫检测的纳米平台；3）金纳米粒子经过SiO2壳包覆后，纳米粒子的细胞毒性可以得到有效的抑制；4）利用银纳米三角片做FRET受体，可以实现均相体系中基于QDs供体的均相免疫检测中检测指标的提高。.通过四年的研究，本项目共发表学术论文共17篇（其中SCI论文15篇，EI论文2篇，影响因子大于3.0的12篇），发表国际学术会议论文3篇，申请发明专利2项，获得吉林省自然科学学术成果二等奖和中国精品科技期刊顶尖学术论文奖各1项，培养博士研究生3名。