高效高稳定荧光量子点的设计合成及其在现场即时检测中的应用

Quantum dots, as a new type of fluorescent label materials with high quantum efficiency, narrow and adjustable emission peak, and many other advantages, have been widely used as biolabeling assays. But in whole blood, serum, plasma, urine, and other environmental conditions, common quantum dots currently face some unsolved problems including fluorescent efficiency drastically reduced, low or no biolabeling, etc. Therefore, it can not meet the growing number of point-of-care testing requirement. Based on applicant’s previous established "phosphine-free" and core-shell quantum dots synthesis techniques, this project will carry out designed synthesis of several new kinds of multishell quantum dots, by introducing methods of well-controlling growth of inter layer and cadmium content, and by the introduction of new kind of oligomer on the surface of quantum dots. As-prepared water-soluble quantum dots will maintain high stability, high quantum yield, and conduct good bioconjugation in different biological medium (such as blood or urine). It can break through the current bottleneck in lateral flow immunoassays and meet all the performance specifications (low-cost, sensitive, quantitative, and rapid detection) of point-of-care testing.

量子点作为一类新型的荧光标记材料，具有发光效率高、发光峰窄且可调等诸多优势，可广泛应用于生物标记检测。但在全血、血清、血浆及尿液等环境条件下，传统的量子点材料易出现发光效率急剧降低和偶联标记失效等情况，不能满足愈来愈多的现场即时检查的要求。针对这一问题，本项目基于申请人前期研究工作中自主建立的“无膦”及核壳量子点制备技术，深入系统开展多壳层量子点的设计合成，通过引入过渡层的方法控制量子点的大小和镉含量，并通过引入新型齐聚物作用于量子点表面等方法定位修饰量子点，实现量子点在生物体液环境中的稳定偶联，解决量子点材料在生物体液（血液或尿液）介质中保持高稳定、高量子产率的难题，从而突破目前免疫层析快速检测技术瓶颈，实现低成本高灵敏快速定量测定，达到现场即时检测的要求。

量子点具有发光效率高、发光峰窄且光谱可调等诸多优势，作为一类新型的荧光标记材料可广泛应用于生物检测领域。但在全血、血清、血浆及尿液等生物体液环境中，传统的量子点材料易出现发光效率降低和标记失效等问题，不能满足愈来愈多的现场即时检测的灵敏稳定的要求。本研究在以往“无磷”法及核壳量子点的制备技术上，通过调控核壳结构量子点壳层材料种类、组分、厚度、表面配体以及引入过渡层等方式，成功设计构筑了多层核壳结构的、量子产率大于90%、稳定性良好的多种镉基量子点以及量子产率大于70%高稳定的厚壳层CuInS2/ZnS和InP/GaP /ZnS非镉量子点。并通过两性聚合物、二氧化硅包覆以及化学键嵌入法和二氧化硅包覆相结合等表面定位修饰方法的探索，成功获得了表面具有羧基的高荧光、高稳定性的多种粒径的QD@PMAH、QD@SiO2、SiO2@QDs@SiO2-COOH的镉基水溶性量子点以及聚合物修饰的非镉量子点，结合其在免疫生物检测中的性能优化，形成了制备不同生物兼容性量子点和量子点荧光探针的标准化制备程序。基于高效高稳定的量子点构建的免疫层析现场即时检测技术和荧光免疫吸附检测技术，实现了炎症标志物C反应蛋白（CRP）和降钙素原（PCT）、心肌标志物N-末端脑钠肽（NT-proBNP）和心肌肌钙蛋白I（cTnI）以及食品中黄曲霉毒素B1（AFB1）的现场即时定量检测，并尝试了CRP和PCT等指标的同时检测。与传统胶体金方法相比，不仅可以实现定量检测，且灵敏度高（ng或pg级），与临床检测方法具有较好的一致性。通过与企业开展的横向合作，对小试条件进行了探索，初步解决了目前现场即时检测技术灵敏度低、检测结果不稳定、难以准确定量的问题,为基于量子点的荧光免疫层析现场即时检测新技术的产业化应用奠定了良好的基础。