基于金纳米粒子聚集的双光子荧光增强及其在肿瘤标志物检测中的应用研究

It is important to investigate the two-photon excited photoluminescence (TPPL) of noble metal nanoparticles, because of the urgent need of sensitive detection in the biological environment. However, weak TPPL property restricts the application of common noble metal nanoparticles in the field of two-photon based sensor. In this project, a new method to effectively improve the TPPL of gold nanoparticles by tuning aggregation conditions is proposed. Gold nanoparticles with high TPPL will be prepared and a new sensitive and selective two-photon sensor for detection of tumor markers will be designed. First, different morphologies and sizes of AuNPs will be aggregated respectively, to reveal the influence factors of aggregation enhanced two-photon photoluminescence. Then, the AuNPs with best TPPL enhancement will be chosen. Second, the aggregation status will be tuned to shorten the interparticle distance, improve the plasmon coupling strength, and then improve the TPPL of AuNPs. On this basis, a new sensor for tumor markers will be fabricated, which based on aggregation enhanced two-photon photoluminescence and makes use of aptamers, because they are able to bind to specific target molecules with high affinity and specificity. The sensor is expected to be used in vivo detection. This project will expand the range of two-photon materials, provide new ways for preparing AuNPs with high TPPL and speed up their application in sensors.

研究贵金属纳米材料的双光子荧光特性，对解决复杂生物环境中高灵敏度检测的问题具有重要意义。然而，普通贵金属纳米粒子的双光子荧光强度较弱，成为其在双光子传感器领域应用的瓶颈。本课题拟通过控制聚集条件有效增强金纳米粒子双光子荧光的方法，制备具有高双光子荧光的金纳米粒子，并构建一种新型的双光子传感器用于高灵敏度、选择性的检测肿瘤标志物。通过不同形貌和尺寸金纳米粒子聚集增强双光子荧光的比较研究，揭示聚集增强双光子荧光的影响因素，筛选出高双光子荧光金纳米粒子；通过调控聚集形态，提高等离子体耦合强度，进而提高金纳米粒子的双光子荧光性能，阐明聚集形态对双光子荧光增强的作用机制；采用聚集增强双光子荧光技术，基于核酸适配体与目标分子的特异性结合，建立肿瘤标志物传感检测新方法，以期应用于活体检测。本项目的成功实施将设计出高双光子荧光金纳米材料，扩展双光子材料选择范围，加快其在传感器领域的应用步伐。

与单光子激发荧光相比，双光子激发荧光具有深穿透性、高分辨率、低光漂白性和低生物毒性等特点。基于此，双光子激发荧光作为一种强有力的分析检测技术，被广泛用于生物分子检测、显微成像、光动力治疗癌症等与人体健康息息相关的领域。贵金属纳米粒子因其良好的化学惰性和生物相容性而受到科研工作者的广泛关注。而双光子荧光信号较弱极大的限制了贵金属纳米粒子的应用。. 另一方面，自从纳米材料四氧化三铁被发现具有类似于天然酶的过氧化物酶样活性之后，基于纳米材料的人工酶的研究引起了广大科研工作者的广泛关注。相比较于传统的天然酶，人工酶（artificial enzyme） 具有诸如稳定性高，合成成本低廉，制备简单及使用范围广泛等独特的优势。其中贵金属纳米材料，特别是金纳米材料备受关注。然而，作为人工酶的金纳米材料还存在生物相容性差的缺点，而要制备生物相容性好的金纳米材料，往往需要进行表明包覆或者二次包裹，增加了制备的难度，提高了使用成本。. 为了解决金纳米材料双光子荧光强度难以提高的问题，分别制备了球形和棒状金纳米材料，并通过探索碘离子及卤族离子对其双光子荧光的影响规律，发现通过加入阴离子方法增强金纳米材料双光子荧光的新途径；为了提高金纳米材料的生物相容性，制备了壳聚糖-金纳米材料，该材料除了具有良好的生物相容性外，还具有比传统天然酶辣根过氧化酶更高的催化活性及更宽的温度使用范围，大大扩展了其在生物传感、医疗检测及治疗等领域的应用范围。通过探索重金属汞离子及生物小分子半胱氨酸对其过氧化物酶样活性的影响规律，对基于金纳米粒子的传感机制进行研究。