基于量子點(diǎn)的熒光傳感器用于生物分析研究.pdf

1、量子點(diǎn)(QDs)是一種新型熒光納米材料，具有眾多獨(dú)特的光物理特性，如高熒光量子產(chǎn)率、寬譜帶吸收、窄譜帶發(fā)射、發(fā)射峰連續(xù)可調(diào)，以及優(yōu)良的抗光漂白性。基于QDs的熒光生物傳感器具有高靈敏度和選擇性，以及低成本、檢測可視化等優(yōu)勢，對于開發(fā)高效的生物組分分析和疾病診斷方法具有重要的研究意義，目前成為近年來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。本論文在合成了多種顏色、不同結(jié)構(gòu)QDs的前提下，以QDs表面的生物偶聯(lián)功能化為基礎(chǔ)，構(gòu)建了多種結(jié)構(gòu)的熒光探針/傳感器

2、，并成功應(yīng)用于DNA微陣列、編碼微球陣列以及單細(xì)胞分析，分別實現(xiàn)了單核苷酸多態(tài)性(SNP)、microRNA(miRNA)以及細(xì)胞內(nèi)Pb2+的檢測。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.合成了不同結(jié)構(gòu)的多色量子點(diǎn)。利用金屬有機(jī)法制備了CdSe和InP單核量子點(diǎn)。使用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)法進(jìn)行無機(jī)層包覆，制備了核/殼型CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS以及InP/ZnS量子點(diǎn)。此外，使用一鍋法制備了三種合金型CdxSe

3、1-xZnyS1-y、 Cd1-xZnSe和Cd1-xZnx/ZnS油溶性量子點(diǎn)。所制備的量子點(diǎn)具有較高熒光量子產(chǎn)率和較窄的半高全寬，并且發(fā)射波長連續(xù)可調(diào)(400 nm-660 nm)，為量子點(diǎn)熒光傳感器的構(gòu)建提供了良好的材料基礎(chǔ)。
　　2.制備了鏈霉親和素修飾的量子點(diǎn)（strAV-QD），并開發(fā)了該納米熒光探針應(yīng)用于分子信標(biāo)(MB)微陣列分析的方法。所使用的MB在5'和3'末端分別修飾巰基和生物素，并通過巰基構(gòu)建微陣列。當(dāng)靶標(biāo)D

4、NA不存在時，MB處于“閉合”狀態(tài);當(dāng)靶標(biāo)DNA存在時，雜交反應(yīng)“打開”MB。由于較大的尺寸，StrAV-QD只能標(biāo)記“打開”狀態(tài)而不標(biāo)記“閉合”狀態(tài)的MB，從而實現(xiàn)了對靶標(biāo)DNA的高靈敏、高特異性檢測，信噪比達(dá)到8.0。此方法避免了對靶標(biāo)DNA的修飾并無需進(jìn)行信號放大。通過應(yīng)用StrAV-QD熒光探針標(biāo)記MB微陣列進(jìn)一步實現(xiàn)了對Ⅱ型糖尿病相關(guān)rs12255372和rs7903146兩種SNP的檢測。
　　3.制備了核酸適配體（a

5、pt）修飾的紅色量子點(diǎn)(apt-rQD)，并與綠色包硅量子點(diǎn)(gQD/SiO2)修飾的氧化石墨烯(GO)結(jié)合，構(gòu)建了一種新型的雙發(fā)射熒光傳感器（apt-rQD@GO@gQD/SiO2），可實現(xiàn)對Pb2+的比率熒光檢測。在該傳感器中，InP/ZnS為熒光團(tuán)，GO為淬滅劑，gQD/SiO2為參比熒光。當(dāng)Pb2+不存在時，apt利用與GO之間的吸附作用拉近熒光團(tuán)與猝滅劑之間的距離，通過納米金屬表面能量轉(zhuǎn)移(NSET)作用導(dǎo)致量子點(diǎn)熒光猝滅。當(dāng)

6、apt與Pb2+特異性結(jié)合后，apt轉(zhuǎn)化為G-四鏈體結(jié)構(gòu)，使得apt-rQD脫離GO表面，NSET效率降低，rQD熒光增強(qiáng)，而gQD/SiO2的熒光保持不變，從而實現(xiàn)了比率熒光檢測。由于apt-rQD、GO及gQD/SiO2良好的生物相容性，制備的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)Pb2+的檢測。
　　4.制備了二氧化硅包覆的量子點(diǎn)編碼微球(Qbead@SiO2)，并通過其表面的靶標(biāo)結(jié)合以及鏈?zhǔn)诫s交反應(yīng)(HCR)，結(jié)合小分子熒光染料染色技術(shù)，

7、可用于對miRNA的多元、比色分析。在Qbead@SiO2表面，靶標(biāo)DNA與捕獲探針雜交后，可誘導(dǎo)兩種發(fā)卡結(jié)構(gòu)DNA發(fā)生約11個循環(huán)的HCR反應(yīng)。HCR擴(kuò)增導(dǎo)致小分子染料信號放大，其與Qbead@SiO2的編碼熒光信號復(fù)合，進(jìn)而實現(xiàn)了Qbead@SiO2發(fā)光顏色變化的放大，從而允許進(jìn)行有效的比色分析。這種Qbead@SiO2—HCR分析方法實現(xiàn)了對miRNA的高特異性、高靈敏分析，檢測限降低至700zmol，動態(tài)范圍達(dá)到4個數(shù)量級。進(jìn)一