基于原位生长金纳米颗粒和荧光金纳米团簇的适体传感器的研究及其在毒品检测中的应用

In recent years, aptamer-based biosensors have been quickly developed due to its characteristics such as high sensitivity and selectivity, excellent stability and extensive application in various fileds. A fluorescent aptamer biosensor for forensic drug analysis will be established based on gold nanomaterials. The basic principle: the combination between objectives (such as cocaine) and aptamer will separate the fluorphore(AuNCs) from the carrier, which will produce a increasingly fluorescent signal in solution as well as decreasingly fluorescent signal on carrier. Comparing the changes, concentration of the objectives will be obtained. Gold nanomaterials with different sizes and optical properties will be prepared by facile green biosynthesis methods, which would be used as a connector between substrate and aptamer, and also used as fluorescent markers. The project will also use porous membrane structure and specific reaction to constructed a novel test strip. Effects of size, morphology and optical properties will be discussed. Sensitivity, stability, accuracy of the biosensor will be evaluated. Eventually, as-prepared fluorescent aptamer test strip will be applied to forensic drug ananlysis for the rapid and effective detections.

基于在具有生物活性的载体上原位合成金纳米颗粒和荧光金纳米团簇（AuNCs）研制传感试剂条，用于可卡因等常见毒品的分析检验。基本原理是：待测溶液中目标物（可卡因等常见毒品）使固定在载体上的荧光金标适体DNA脱落至溶液中，通过测定载体或溶液中AuNCs荧光变化的情况可实现溶液中目标物（可卡因等常见毒品）的定量测定。试验中将通过绿色合成的方法制备具有不同尺寸、不同光学特性金纳米材料，分别作为适体的固载和荧光标记物质，以具有生物活性的多孔纤维膜结构作为载体，利用适配体之间特异性的反应来实现传感试剂条的研制，分析和优化纳米材料的形态、尺寸以及光学特性等因素对适体的固定、传感效率的影响情况，对相关科学问题进行讨论、针对不同的目标物建立相应模型。最终将研制的荧光适体试剂条用于实际案例分析，以评价其实用性能。为公安部门涉毒案件中可疑物品的检测提供一种新的高效快速检测手段。

本研究基于已有的研究报道，在原有项目计划基础上作了适当调整，以保证研究的创新性、学术价值以及在实际工作的实用性，调整后的主要内容如下：. ① 通过绿色环保的方法快速制备具有磁性、荧光的纳米粒子以及纳米复合物。. ② 将纳米及其复合物材料应用于多种客体物上潜指印的显现。. ③ 制备荧光纳米材料应用于化合物的检测。. ④ 从显现效果及指印遗留物中接触DNA的提取、检测两个方面对制备的显现试剂进行评价。. 指纹因其具有人各不同、终身基本不变的特性在身份识别方面发挥着重要的作用。犯罪现场遗留的指印大多数为潜指印，裸眼无法直接识别。此外，指印残留物中痕量接触DNA的提取、分析对于指印遗留者身份的确认具有重大意义。因此，本研究主要结合纳米材料及纳米技术，针对潜指印显现及其残留物中DNA的提取分析而开展，此外还制备荧光纳米材料应用于化合物的分析中。重要结果及科学意义如下：. ① 采用微波辐射合成了磁性Fe3O4 NPs，及其分别与Au、Ag掺杂的磁性纳米粉末，可实现多种客体物上潜指印的显现，尤其对粗糙表面有较好显现能力。制备了PEI修饰的Fe3O4 NPs，增强其在潮湿环境中的稳定性，并实现了对陈旧指印（30d）的显现。. ② 通过快速微波合成，分别制得碳量子点和AuNCs，通过静电相互作用将荧光粒子固载于蒙脱土上，制得两种荧光复合物粉末用于具有复杂图案、荧光背景的表面上潜指印的显现。. ③ 以钠基蒙脱土为基底，通过微波合成实现了AuNCs的原位生长，产物具有红色和近红外荧光，应用于多种客体上潜指印的显现，可观察到指印的三级结构特征。. ④ 采用硅珠法对显现后的指印进行DNA提取、分析遗留者的遗传信息。结果表明，所有志愿者遗留的显现组指印与未显现组指印的STR分型成功率均无显著差异。. ⑤ 以蛋壳膜为载体，通过微波合成实现了AuNCs的原位合成，可用于过氧化氢的可视化检测。固载葡萄糖氧化酶还可实现葡萄糖的检测。. ⑥ 制备荧光纳米粒子并应用于化合物检测，为本项目的延续性研究，有望用于指印残留物中微量、痕量化合物的检测。