兼具红外指纹标记和磁性分离功能的Fe3O4/SiO2核-壳结构纳米复合生物探针

It has important clinical significance to rapidly and ultrasensitively detect cardiac troponin for diagnosis, differential diagnosis and prognostic evaluation of emergency, such as acute myocardial infarction, acute pulmonary embolism and so on. Electrochemiluminescence immunoassay is one of the most common methods in the clinical detection due to its high sensitivity. The difficulty of this method lies in its high false positive rate, long detection time and expensive cost. In our project, the Fe3O4/SiO2 core-shell structured nancomposites with the functions of IR fingerprint labelling and magnetic separation were designed to prepare by the following protocol. The aggregates of Fe3O4 nanoparticles will be firstly fabricated. The surface/interface properties and the hydrolisis-condensation processes of SiO2 will be then controlled in order to form a shell.The effect of nanocomposite structure (particle size,the degree of polymerization of SiO2, surface/interface properties etc.) on TO and LO modes of asymmertric stretching of Si-O-Si brideges will be investigated. The detection sensitivity, the detection time, and the separation efficiency dependending on the the physical structure and surface/intersurface chemical properties of the nanocomposites will be measured with antigen-antibody specific recognition model. Our project will provide the theoretical and experimental basis for exploring rapid, convenient, and high sensitive prototype devices for cardiac troponin detection based on the IR absorption properties of Fe3O4/SiO2 core-shell structured nanocomposites.

肌钙蛋白的快速、超灵敏检测对急性心肌梗死、急性肺栓塞等急症的诊断、鉴别诊断及预后评估具有重要的临床意义。目前临床常用的电化学发光系统检测法，虽有敏感性高的特点，但亦存在假阳性率高、检测时间长、费用贵等缺点。本研究拟从Fe3O4纳米粒子聚集体的制备出发，通过表面／界面性质和SiO2水解、缩合过程的控制，发展一种兼具特征红外指纹标记和强磁性分离功能的Fe3O4/SiO2核-壳结构纳米复合材料,系统考察复合结构（粒子尺寸、二氧化硅聚合度、表面／界面性质等）对Si-O-Si桥键反对称伸缩振动的TO和LO红外指纹信号的影响。利用抗原-抗体特异性识别过程，评价复合材料结构和表面化学性质对生物蛋白分子- - 肌钙蛋白检测的灵敏度、检测时间与分离效率的影响，为研制基于Fe3O4/SiO2核-壳纳米复合材料特征红外吸收和超顺磁特性的心肌肌钙蛋白检测原型器件，实现快速、简便、高灵敏度心肌肌钙蛋白临床检测奠定基础。

纳米SiO2因其生物相容性好、化学稳定、具有特征的Si-O-Si桥键的TO和LO声子模红外吸收指纹信号，在生物分子识别中具有独特优势。本项目从纳米SiO2结构、尺寸和物性调控出发，研发出一系列可满足生物检测应用需求的SiO2基纳米材料，创建了基于这些SiO2基纳米材料光学特性的新型生物检测技术。主要结果如下：1）采用简单的一锅微乳液法制备了SiO2纳米棒，通过控制硅烷水解和缩合速率对其长径比和红外吸收指纹信号进行了精确调控，开发了基于SiO2纳米棒形状信息和红外吸收特性的双模免疫检测，实现了待测蛋白的快速筛查和超灵敏定量检测。2）利用微乳液法制备了长径比可精确调控的Fe3O4/SiO2纳米复合棒，探讨了其形成机理，创建了基于Fe3O4/SiO2纳米复合棒红外吸收特性的超灵敏免疫检测。3）利用疏溶剂自组装法构建了Fe3O4纳米粒子聚集体，再利用微乳液法在其表面包覆了SiO2壳层，探寻了其物化性能耦合的最佳条件，构建了基于Fe3O4纳米粒子聚集体/SiO2纳米复合粒子红外吸收特性的新型免疫检测体系，证实了外磁场引入能有效提高检测灵敏度，缩短检测时间，该技术还可延伸至司法、食品安全、环境监测等领域。4）通过在SiO2基质材料中引入发光探针苝，获得了具有优异光学性质的长径比可精确调控的SiO2荧光纳米棒，进一步丰富了SiO2基材料作为探针分子的信号输出，实现了对蛋白的超灵敏检测。5）采用溶剂热法制备了Fe3O4纳米粒子聚集体，再利用微乳液法制备了兼具超顺磁性、发光特性和红外吸收特性的多功能Fe3O4纳米粒子聚集体/苝-SiO2多功能纳米复合材料，拓展了SiO2基纳米生物探针的种类。6）开展了关于动脉粥样硬化斑块稳定性相关生物标志物的研究，证明在人体动脉粥样硬化斑块中ADRP的高表达与斑块稳定性的下降相关。这一研究对动脉粥样硬化的诊断和检测具有重要意义，加速了复合生物探针的临床应用。