以DNA为模板合成荧光铜纳米簇及其在食品安全分析中的应用研究

DNA-templated Cu nanoclusters (DNA-Cu NCs) are a new type of fluorescent nanomaterials. Compared with Au and Ag, Cu NCs in the same family are much cheaper and have broad application prospects. However, the relevant research of DNA-Cu NCs is less. The disadvantages of low quantum yield and poor targeting limit their application range. Aptamers with broad target molecules, strong specificity, high sensitivity and low detection cost, which are more suitable than antibody for targeting recognition, have a good prospect in food safety detection. In this project, the applicant makes efforts to improve the optical properties and poor specific detection of DNA-Cu NCs, and intends to synthesis DNA-Cu NCs with strong light stability, high quantum yield and tuned fluorescence properties based on the experience of NCs synthesis and biological detection. Moreover, according to binding with aptamers, a new, efficient and rapid analytical platform will be built for the specific detection of heavy metal ions, illegal additives, biological toxins and other hazards factors in food. This project not only improve synthesis mechanisms of metal NCs, and but also lay a good foundation for NCs widely used in the detection of food safety analysis.

以DNA为模板合成的Cu纳米簇 (DNA-Cu NCs) 是一种新型荧光纳米材料，与Au、Ag相比，处于同族的Cu更为廉价，具有广阔的应用前景。然而，目前有关DNA-Cu NCs的研究较少，其量子产率低，特异性不佳，应用范围窄。核酸适配子具有靶分子广、特异性强、灵敏度高、检测成本低等优点，较之抗体更适于特异性识别，在食品安全检测中也有着良好的应用前景。在本项目中，申请者拟在前期从事NCs及生物分析检测的相关工作基础上，着力改善DNA-Cu NCs的光学性质和特异性检测不佳的缺陷，研究制备光稳定性强、量子产率高、荧光性质随尺寸可调的DNA-Cu NCs，并将其与适配子的特异性识别相结合，为食品中重金属离子、非法添加物和生物毒素等危害因子建立一种新型、高效和快速的特异性检测分析平台。本项目的研究不仅可以进一步完善金属NCs的合成机理，而且为NCs在食品安全分析检测中的广泛应用打下了良好的基础。

本项目拟在荧光铜纳米簇（Cu NCs）合成及生物分析检测的基础上，研究制备光稳定性好、量子产率高的Cu NCs，并将其应用到重金属离子的检测分析。.1. 首次以DNA碱基胸腺嘧（T）为模板成功合成了水溶性Cu NCs@T，为深入研究DNA为模板合成Cu NCs奠定了基础。得到的Cu NCs@T最大激发和发射波长分别为354 nm和561 nm，粒子分布均匀，平均粒径2.8 nm，平均荧光寿命9.9 μs。紫外灯下观察到强烈的黄色荧光，有良好的抗盐性和较好的耐光性。首次采用“turn-on”技术设计了Cu NCs@T荧光传感器快速超灵敏检测水溶液中的Mn2+。Mn2+ 的引入会使发射波长红移且荧光大大的增强，线性范围为100- 250 μM，检出限为10 μM，用于实际湖水中Mn2+ 的检测。.2. 首次采用温和的还原剂NH2OH•HCl合成荧光Cu NCs，在室温365 nm光照射下可观察到明亮的橘色荧光，其最大激发和发射峰分别位于355 nm/615 nm。系统考察了合成条件对Cu NCs荧光强度的影响。合成的荧光Cu NCs在冰箱4 ºC避光保存条件下可保持至少2个月的稳定性，并且对H2O2表现出强的抗氧化性。此外，可应用于灵敏和选择性地检测有毒重金属离子Hg2+。.3. 基于弱荧光的Cu NCs，首次合成了高荧光的Cu/Ag双金属纳米簇（bimetal nanoclusters，BNCs），并成功的将其运用于温度传感。与Cu NCs相比，Cu/Ag BNCs的荧光强度增加了9倍左右，其荧光发射峰由620 nm蓝移至604 nm，平均粒径为1.4 nm。Cu/Ag BNCs具有抗高离子强度和阳离子特性，同时表现出对温度的敏感性。.4. 利用聚集诱导原理（Aggregation induced emisson，AIE）改善了Cu NCs荧光弱的现象，并基于阳离子的AIE发光现象，建立了检测Pb2+的分析方法。Pb2+浓度在200~700 μmol/L范围内，荧光强度与浓度呈现良好的线性关系，检出限为106 μmol/L，常见金属离子不干扰Pb2+的测定。本方法简单快速，具有很高的选择性，可实现对Pb2+的可视化定性检测。.本项目以探究Cu NCs的合成机理为基础，着力改善其量子产率低及不稳定的问题，为今后在分析检测中的广泛应用奠定了坚实的基础。