金-有機(jī)復(fù)合納米生物探針材料.pdf

1、生物傳感器的識別元件和傳導(dǎo)元件決定了傳感器的選擇性和靈敏度,因此,不斷開發(fā)和應(yīng)用新功能的傳感材料,選擇并優(yōu)化現(xiàn)有的傳感材料是改善傳感器性能的重要措施之一.納米金具有非常奇特的局域表面等離子體共振(LSPR)光學(xué)性質(zhì)。通過調(diào)控材料組分、粒子形狀、周圍介質(zhì)、粒子間距等都可以改變LSPR,且納米金優(yōu)異的表面化學(xué)為我們提供了設(shè)計(jì)制備可用于生物探測的有機(jī)/無機(jī)納米天線的思路和可能。近年來生物探針分子異軍突起,而導(dǎo)電高分子材料方興未艾,兩者都在生物

2、傳感領(lǐng)域有巨大潛力。因此我們采用硫醇標(biāo)記生物探針分子與納米金共聚,制備雜交型DNA傳感器；另外采用導(dǎo)電高分子包覆納米金,制備吸附式蛋白傳感器。在復(fù)合手段方面,除了嘗試已有的硫醇接枝、物理吸附等界面復(fù)合手段,也嘗試納米界面上的靜電沉積等新手段。因此,該項(xiàng)研究無疑在生物探測科學(xué)技術(shù)方面具有重要的學(xué)術(shù)意義.
　　 本論文第一章分三個(gè)部分,分別綜述了納米金材料的形貌、性能及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用；納米金表面的功能高分子,著重在生物分子和

3、導(dǎo)電高分子；以及納米金與高分子復(fù)合方法的類別和進(jìn)展。并由此提出對納米金進(jìn)行復(fù)合、設(shè)計(jì)制備新型生物傳感材料的要求。
　　 本論文第二章我們用熒光標(biāo)記的發(fā)卡DNA探針研究了納米金粒子附近的熒光淬滅和增強(qiáng)。發(fā)現(xiàn)發(fā)卡探針的回形閉合結(jié)構(gòu)使熒光分子與金表面緊密接觸從而引發(fā)高效能量轉(zhuǎn)移,即熒光淬滅；當(dāng)與互補(bǔ)DNA鏈段雜交后,探針打開伸直,重新引發(fā)高強(qiáng)度熒光信號。通過量化熒光探針和納米金的數(shù)目,精確定義了淬滅效率和增強(qiáng)倍率。另外采用有限時(shí)域差分

4、法和Gersten-Nitzan模型進(jìn)行理論計(jì)算,進(jìn)一步佐證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此項(xiàng)研究中所有粒徑的納米金都呈現(xiàn)大于96.8％的熒光淬滅效率,并采用100 nm納米金和35個(gè)核苷酸的探針組合,設(shè)計(jì)制備了新一代DNA傳感器,且獲得了100 pM的目標(biāo)檢測限。
　　 本論文第三章研究了溶液分散系中殼形納米金粒子表面染料的熒光現(xiàn)象。標(biāo)記在發(fā)卡結(jié)構(gòu)DNA上的染料,一經(jīng)與殼形納米金表面接觸,便遭到淬滅；一經(jīng)DNA雜交反應(yīng),又得到增強(qiáng)。通過調(diào)控殼形納

5、米金的粒徑和殼厚,實(shí)現(xiàn)了LSPR與兩種不同染料的激發(fā)和發(fā)射波長的重疊。當(dāng)LSPR覆蓋染料發(fā)射波長時(shí),熒光增強(qiáng)達(dá)到最大。此項(xiàng)研究有助于理解殼形納米金分散系中的熒光現(xiàn)象,以及研制基于納米天線的無標(biāo)記DNA傳感器。選擇了[45,75]nm殼形納米金、35個(gè)核苷酸序列、Alexa555的組合以及[98,113]nm殼形納米金、35個(gè)核苷酸序列、Atto740的組合,突破了10pM的目標(biāo)DNA檢測限。
　　 本論文第四章進(jìn)一步考察了納米金

6、與其他功能高分子的復(fù)合情況。我們提出了一種全新而簡單的方法來制備具有任意等電點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)納米金粒子。用等電點(diǎn)沉積方式在納米金粒子表面包覆聚苯胺,所得核殼結(jié)構(gòu)粒子的等電點(diǎn)與聚苯胺相同(pH2.0)。該復(fù)合粒子在寬pH值范圍內(nèi)(2.2-10.0)具有高穩(wěn)定性,且保持納米金的天線功能。論證了蛋白分子在納米金.聚苯胺復(fù)合粒子表面吸附情況隨著pH變化的規(guī)律,并首次觀測到了極端情況下(pH2.2)生物分子在納米天線表面的吸附行為。利用這種簡單普適的

7、等電位沉積法,可以在十分鐘內(nèi)制備具有任意等電點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)納米天線,該結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性,為極端條件下的生物檢測提供了可能。
　　 本論文第五章進(jìn)一步用導(dǎo)電高分子將納米金粒子包覆并定形為接觸性二聚體結(jié)構(gòu)。高分辨率透射電鏡照片證實(shí)了二聚體中的接觸式粒子形貌。二聚體的寬頻等離子共振雙峰可以通過改變?nèi)軇┗蛭缴锓肿觼碚{(diào)控。其縱向等離子共振峰對環(huán)境介質(zhì)和對單個(gè)生物分子的靈敏度比橫向等離子共振峰高6倍。使用這種具有超高靈敏度和良好穩(wěn)定性的納米