正电纳米金参与的化学发光体系及其分析应用

Our previous work found that the surface morphology and the electronic micro structures of the electronegative nanoparticles of noble metal had a significant effect on the catalytic performance in chemiluminescence (CL) reaction. The preliminary study has been found that compare with electronegative gold nanoparticles (AuNPs), positively charged AuNPs show very strong catalytic performance in CL system, and its catalytic behavior is completely different from electronegative AuNPs, which indicated that positively charged AuNPs have the unique catalytic mechanism. In this work, the catalytic performance and mechanism of positively charged AuNPs in CL system will be first studied, and the relation and regularity between surface morphology and electronic micro structures of positively charged AuNPs and its catalytic effect in CLsystem will be clarified. Based on this, a novel CL analysis system of positively charged AuNPs with excellent catalytic activity will be developed for the determination of DNA, amino acid, and protein molecule. In addition, the solution to exploring the CL analysis system of high sensitivity will be found in this work. This work will provide new idea for further understanding of the catalytic mechanism of nanoparticles in CL reaction. It is believed that the theory and method developed in this study is simple, practical, and promising for nanoparticles CL bioanalysis.

研究表明，表面带负电的贵金属纳米粒子的表面形态及微观电子结构等性质深刻影响其对化学发光反应的催化性能。前期研究发现带正电的纳米金在化学发光体系中显示出超乎寻常的催化性能（远远高于负电纳米金），且化学发光催化行为完全异于负电纳米金，暗示了正电纳米金在化学发光体系中有其独特的催化机制。因此，我们拟研究正电纳米金参与化学发光反应的行为和催化机制；研究筛选合适的正电纳米金并构建其催化化学发光反应的新方法；建立以DNA、氨基酸和蛋白质为分子识别物质的具有高催化性能的正电纳米金诱导的化学发光分析新体系；揭示正电纳米金表面结构、形态、电荷密度、导带电子密度等与化学发光催化效应以及分析特性之间的关系和规律。该项目能够解决该领域当前寻求高灵敏性化学发光分析体系的问题。为进一步理解和阐明纳米粒子催化化学发光机制提供新的思路，为基于纳米粒子化学发光生物分析的研究提供新的技术和方法。

化学发光分析成为重要技术同时，放大信号而提高灵敏性已受到极大关注。本项目研究发现正电纳米金对于鲁米诺化学发光反应展示出超强催化性能，远远强于之前研究的负电纳米金体系，大大放大信号而有效提高分析性能。研究得出正电纳米金高强催化性能主要缘于纳米粒子表面电荷密度效应所产生的局部浓度效应及导带电子密度效应共同作用的结果。基于此，构建高性能的化学发光分析新体系。.结合核酸适配体识别，利用正电纳米金与不同构象适配体完全不同相互作用，构建用于环境污染水样中重金属汞和电子垃圾拆卸场地双酚A检测的高性能化学发光分析新方法。由于信号探针正电纳米金产生的电荷效应是直接的，不需盐的诱导，解决了负电纳米金体系必须高浓度盐所带来的麻烦，提高了分析的灵敏性并简化实验操作。研究结果得出该分析对汞离子检测检出限为16 pM，远低于美国环境保护署对于饮用水中汞离子的限定值（10 nM），也比别的基于适配体分析的检测限低约1个数量级。并利用构建的正电纳米金适配体化学发光分析体系成功实现了对拆卸场地普遍存在的污染物双酚A灵敏而简便测定。研究结果得出该分析对于双酚A检测的检出限为6.2×10-2 ng/mL，远低于中国健康标准的要求（0.05 mg/kg）。研究得出该正电纳米金对于DNA杂交检测的检出限为0.62 fM，较负电纳米金体系更灵敏，进一步证实正电纳米金直接信号放大的有效性。另外，该正电纳米金分析体系实现了对核酸DNA酶斧的监控，S1核酸酶活性响应的线性范围为0.02×10-6 - 2×10-6 U/μL，检出限为6.5×10-9 U/μL。此外，考察了正电纳米金化学发光分析对于肝素响应，结果得出肝素检出限为0.06 ng/mL，比比色分析低约2个数量级。该项目成功构建的一系列高性能的化学发光分析体系以及对于纳米粒子催化化学发光机制的理解和阐明，将为基于纳米粒子传感分析的研究和应用奠定重要的科学理论基础。