基于金纳米颗粒局域表面等离子体共振的暗场散射成像传感分析

Plasmonic nanomaterials are the type of excellent optical signal transducer because they exhibit high sensitivity,versatility and tunable optical property,and are easy to integrate with biological systems.Localized surface plasmon resonance (LSPR) light scattering property of metal nanomaterials makes it advantageous in sensitive and highly contrasted imaging using very simple but powerful dark-field microscopy,thus plasmonic nanoparticle LSPR light scattering dark-field microscopy has been found promising in biosensing,cell imaging,and clinical diagnosis.This project will focus on developing dark-field microscopic biosensing methods based on gold nanoparticle LSPR light scattering.Other than gold nanoparticles and gold nanorods,the sensing property of composite gold nanomaterials,specifically the DNA-programmable nanoparticle assembly and the core-shell type SiO2@AuNPs,will also be prepared and evaluated to select the suitable nanomaterials with desirable LSPR band and sensitivity for sensing purposes. LSPR light scattering dark-field microscopic method for biomacromolecules and cells will be developed based on highly specific recognition reactions,such as antibody-antigen,functional nucleic acid-target,and saccharide-lectin.Based on results from the above study,the ultimate goal of this project is to establish single plasmonic nanoparticle based biosensing platform for highly selective and sensitive bioassays.

金属纳米材料局域表面等离子体共振（LSPR）为光学传感提供了高灵敏、信号可调、易与识别单元偶合的信号转换单元。基于金属纳米材料LSPR光散射的暗场成像设备简单，具有良好的空间分辨功能，在生物传感、细胞成像以及医学诊断方面具有明显优势，成为金属纳米材料LSPR光学传感的重要发展方向之一。本项目拟围绕金纳米材料LSPR光学传感理论与应用这一科学问题，开展基于金纳米颗粒LSPR光散射的暗场成像传感方法研究。通过探讨不同形状、结构（尤其是DNA介导组装的金纳米晶体和硅胶@金核壳型这两类复合结构）的金纳米颗粒LSPR光散射性质在生物传感识别过程中的变化规律，丰富和发展金纳米材料LSPR光学传感的理论与应用；以生物大分子和细胞为传感对象，探索各种识别模式与金纳米材料偶合的传感性能，构建金纳米颗粒LSPR光散射暗场成像传感平台；尝试单纳米颗粒LSPR暗场散射光谱传感，构建高灵敏度、高选择性的传感方法。

金属纳米材料局域表面等离子体共振为光学传感提供了高灵敏、信号可调、易与识别单元偶合的信号转换单元。基于金属纳米材料LSPR 光散射的暗场成像设备简单，具有良好的空间分辨功能，在生物传感、细胞成像以及医学诊断方面具有明显优势。 本项目开展了以下几方面工作，并获得了重要结论：（1）利用金纳米的灵敏度优势，开展了基于单颗粒金纳米计数的传感方法研究，无需放大即可实现飞摩尔/升水平的传感。在方法学上，考察了不同形貌、尺寸、聚集态的金纳米材料暗场散射成像性能，构建了金纳米暗场散射成像计数分析技术平台，建立并验证了暗场散射自动计数的方法。在应用方面，尝试了计数平台对不同传感设计的应用性，考察了对凝血酶、DNA、生物标志物以及miRNA的检测性能。该暗场成像计数平台具有通用性，可与核酸杂交、免疫反应以及酶催化反应结合实现各种目标物的检测。如基于抗体修饰金纳米颗粒探针暗场光散射成像的细菌自动计数检测方法，检测可在15~30 min内完成。在保证选择性与高灵敏度的同时简化了实验流程，提高了检测效率, 为大肠杆菌的定量提供了快速灵敏的方法。（2）利用金属纳米的表面等离子体荧光增强效应，构建了通用的、基于距离调控的银纳米增强荧光传感平台。首先将纳米颗粒的金属增强荧光效应和分子信标设计结合起来, 构建了金属增强荧光传感平台，实现了对汞离子的灵敏检测。该传感平台是一个具有通用性和可拓展性的方法，将金属增强荧光和发卡的打开和关闭结合起来, 可以实现多种不同目标物的检测。进一步地，结合金属增强荧光与荧光条形码DNA放大策略，将上述的金属增强荧光策略拓展，对DNA实现了1 pM 的检测限。 结合荧光增强与条形码DNA的放大策略从原理上具有通用性，可实现对若干目标物的灵敏检测。（3）其他相关方法的研究，为基于金纳米散射成像计数平台的进一步发展奠定化学与理论基础，如金、银纳米簇的制备、尺寸调控与发光机理研究，DNA的杂交反应性能考察等。