光子晶体增强的高效DNA重金属离子薄膜荧光传感器

重金属污染给人类健康和环境造成极大危害，而目前检测重金属离子主要是利用溶液体系的均相荧光传感器，存在灵敏度不高、只能一次性使用等问题。本项目将光子晶体对特定频率光的强反射性能引入到荧光传感器领域，结合DNA碱基与重金属离子高度专一选择性识别、可发生可逆反应等性质，利用光子晶体可以极大地增强与光子禁带相匹配的荧光强度的性质，放大荧光信号，提高荧光检测的灵敏度，制备高灵敏、高选择性薄膜荧光传感器；此外，选择合适的与被检测重金属离子结合作用更强的其它物质，洗脱薄膜荧光传感器上的被检离子，使薄膜荧光传感器可以重复使用，最终制备得到高灵敏(最低检测限5 nM以下)、高度专一选择性、可重复使用的高效DNA重金属离子薄膜荧光传感器。这对重金属离子的高效检测具有重要的意义，也为未来设计和开发功能更复杂的金属离子高灵敏传感器提供一种全新的设计思路和方法。

重金属污染给人类健康和环境造成极大危害，而目前检测重金属离子主要是利用溶液体系的均相荧光传感器，存在灵敏度不高、只能一次性使用等问题。本项目将光子晶体对特定频率光的强反射性能及慢光子效应引入到荧光传感器领域，结合DNA碱基或其它功能分子与重金属离子高度专一选择性识别、可发生可逆反应等性质，利用光子晶体可以极大地增强与光子禁带相匹配的荧光强度的性质，放大荧光信号，提高荧光检测的灵敏度，制备高灵敏、高选择性薄膜荧光传感器；此外，选择合适的与被检测重金属离子结合作用更强的其它物质，或利用荧光薄膜的特殊浸润性，洗脱薄膜荧光传感器上的被检离子，使薄膜荧光传感器可以重复使用，最终制备得到高灵敏(最低检测限5 nM以下)、高选择性、可重复使用的重金属离子薄膜荧光传感器。本项目通过设计具有特定碱基序列的DNA分子或其它分子，实现了对Hg2+、Ag+、Fe3+的高效检测。. 首先，荧光标记的端基为巯基的含胸腺嘧啶T的DNA单链分子修饰在喷金的光子晶体表面。Hg2+离子存在时，T—Hg2+—T配位改变DNA构象，从而引起荧光淬灭。选择光子禁带与荧光发射波长匹配的光子晶体，利用布拉格反射性能增强荧光，提高了荧光检测的灵敏度，最低检测限4 nM；并以巯基丙氨酸作为Hg2+的洗脱剂，实现了薄膜荧光传感器的重复使用性。. 其次，利用荧光标记的含胞嘧啶C的DNA单链分子与纳米C60之间的π-π堆积相互作用，使其吸附在纳米C60的表面，而这种吸附作用导致荧光基团的荧光淬灭。将DNA-C60旋涂在光子晶体表面，C—Ag+—C配位作用改变DNA构象，使荧光恢复，利用光子晶体对特定波长的光具有强布拉格反射的特性，选择禁带匹配的光子晶体，引起该薄膜表面荧光强度发生明显增强，实现对Ag+的高灵敏、高选择性检测，最低检测限5 nM。.此外，利用慢光子效应增强光子晶体荧光的特性及光子晶体薄膜的疏水性，实现了六苯基硅基化合物填充的光子晶体薄膜高效可逆检测Fe3+和Hg2+，最低检测限均为5 nM。. 本项目研究结果表明，将含特定碱基的DNA分子修饰在禁带与荧光匹配的光子晶体表面，可以实现对重金属离子的高灵敏、高选择性及可再生性检测。这对重金属离子的高效检测具有重要的意义。