基于局域表面等离子共振的高灵敏荧光增强型适体传感器性能研究

According to the low detection sensitivity of fluorescence sensor in clinical diagnostics and food safety fields, a new construction method of fluorescence enhanced aptasensor has been put forward, using aptamer-complementary (aptamer-DNA) strand as the isolation layer between gold nanoparticles (AuNPs) and carbon quantum dots (CQDs). This method both can significantly improve the sensitivity of sensors and has the advantages of aptamer, such as high selectivity, variety of detection targets. High sensitive detections of a variety of biological targets will be realized by this method. For all this, the fluorescent efficiency model based on composite materials (AuNPs@aptamer-DNA@CQDs) will be established in this project, combined with the local surface plasma resonance. This model is conducive to the quantitative analysis of influence factors of the sensor sensitivity. Besides, with the aim of increasing sensitivity, the preparation and detection parameters of the sensor will be optimized through a research approach of theoretical guidance and experimental verification. The construction method of high-sensitivity fluorescent enhanced aptasensor will be obtained, which will provide not only new methods of high sensitive detection for multiple biological molecules, but also new ideas and theoretical supports for the applications of local surface plasmon resonance.

针对临床诊断和食品安全等领域中荧光传感器检测灵敏度低的问题，提出一种利用核酸适体-互补链作为金纳米颗粒与碳量子点之间的隔离层构建荧光增强型适体传感器的方法，既可大幅提高传感器的检测灵敏度，又具有核酸适体选择性强、检测种类多的优点，可实现对多种生物分子靶标的高灵敏检测。为此，项目拟结合局域表面等离子共振效应，建立一种基于纳米金@核酸适体-互补链@碳量子点（AuNPs@aptamer-DNA@CQDs）复合材料的金属增强荧光效率模型，定量分析传感器灵敏度的影响因素。并以提高灵敏度为目标，通过理论指导实验-实验验证理论的研究思路，优化传感器的各项制备与检测参数，得到高灵敏荧光增强型适体传感器的构建方法，为多种生物分子的高灵敏检测提供新方法，同时也为局域表面等离子共振的相关应用提供新思路和理论支撑。

针对食品安全和环境监测等领域，现有检测分析方法中存在设备庞大、检测成本较高、样品前处理复杂，现场应用中灵敏度较低、检出限高等关键问题，项目组提出了以功能化核酸适体作为隔离层制备荧光增强型纳米偶联体的方法，构建了基于核酸适体的高灵敏荧光传感器，突破了生物分子检测中背景噪声高、目标分子浓度低，测量信号微弱难以检测的关键技术难题，有效提高了传感器的灵敏度。. 该方法基于纳米金的局域表面等离子体共振效应，通过调节核酸适体上修饰碱基的种类与数量控制其荧光增强效果。基于此构建的荧光增强型传感器利用功能化核酸适体同时实现了分子识别与信号放大功能，减少了另外添加选择性分子识别基团或隔离层材料的过程，降低了高灵敏荧光传感器的制备难度与成本。以三磷酸腺苷为检测对象，传感器检出限为0.2 nM，灵敏度达到492.35 a.u./nM，相比于未采用荧光增强结构的传感器，其输出信号强度增强了3倍，灵敏度提高了7倍。结合信号循环放大方法，该传感器可在荧光增强的基础上实现灵敏度的进一步提高，更有利于痕量分子的检测。通过置换核酸适体种类，该传感器可实现多种目标分子的高灵敏检测，例如多巴胺、银离子、胰岛素等，为低浓度生物分子和金属离子的高灵敏检测提供了一种新方法，也为局域表面等离子体共振技术的实际应用提供了一种新思路。. 项目实施期间，发表学术论文11篇，其中SCI/EI收录7篇；申请国家发明专利9项，获授权专利4项；出版学术专著1部；获河南省科技进步二等奖1项；参加国内外学术会议5次以上；培养研究生10名，已毕业6名。