用于均相免疫分析的新型发光上转换纳米晶/量子点分子光开关研究

获得性能优异的荧光共振能量转移的供体和受体是制约均相荧光免疫分析技术发展的挑战性难题。本项目利用稀土发光上转换纳米晶（ULNs）吸收低能量近红外光可转换为高能量发光独特的性质以及量子点（QDs）的发光尺寸依赖性及其宽光吸收带和高消光系数等优点，设计和构建基于NaYF4:Er3+,Yb3+ ULNs作为供体与CdSe/ZnSe/ZnS QDs作为受体的ULNs/QDs生物分子光开关。研究生物分子光开关构建中供体和受体产生高效荧光共振能量转移的最佳物理参数；研究所构建的生物分子光开关中ULNs供体与QDs受体基元间相关的能量适配调控、环境分子对生物分子光开关中荧光共振能量转移效率的影响；研究QDs标记抗原与待检测抗原间的竞争结合动力学过程，评价生物环境对生物分子光开关性能稳定性和检测敏感性的影响。为研制医学临床免疫分析技术中供体和受体光学性能均优异的生物分子光开关及其应用奠定基础。

本项目应用发光上转换纳米晶（UPNs）为供体和发光量子点(QDs)为受体，基于二者间的荧光共振能量传递（FRET）原理构建分子光开关，研究提高二者发光效率的新途径及二者之间的FRET过程。根据国内外发展的新动态及趋势，在执行期间，对项目研究内容进行了部分调整，并扩展至基于UPNs供体与高特异性的适配子（APt）、光敏分子（RB）以及富勒烯（C60）分别作为受体构建了新型的纳米FRET体系，用于肿瘤等重大疾病的早期检测、细胞成像和可视化的光动力治疗(PDT)新方法研究。显然，上转换发光强度与发光离了（如Er3+离子）数量相关，然而，由于离子的浓度猝灭效应和交叉弛豫效应的制约，发光离子无法掺杂的过高。因而，发光强度受到严重约。本项目设计和构建了同质核壳结构的UPNs为供体，发展了分区掺杂发光离子和敏化离子的核壳结构，有效地提高了上转换发光效率。对于Er3+离子掺杂的UPNs，当前国际上Er3+离子的最高掺杂浓度为2%。本项目实现了Er3+离子最高掺杂高达5%的突破，这为本项目提供了当前国际上转换发光最高的纳米供体。除此之外，基于金纳米粒子等与QDs之间荧光共振能量传递原理，研究和构建了基于金纳米粒子与金纳米棒的生物分子光开。本项目创新点是利用高效UPNs作为供体，分别用高生物特异的Apt和具有高单线氧产率的RB分子以及C60为受体，基于UPNs与QDs间FRET的原理，创新地构建了UPNs供体和RB分子为受体的荧光能量共振传递复合体。在国际上首次实现了基UPNs为供体高特异性Apt生物检测的新方法以及癌细胞发光上转换红光成像指导的光动力杀伤的重大疾病早期可视化治疗的新技术和新方法。基于本项目制备的高生物相容性和高发光效率的核壳QDs受体基础，将高效和高稳定的QDs与TK自杀基因CGV靶向分子共价耦，在国际上首次实现了QDs荧光标记示踪TK自杀基因癌细胞杀伤的动态过程。鉴于QDs优异发光性质，本项目将QDs与光纤生物传感器相结合，构建了基于QDs生物探针的多靶标检测光纤生物传感器，发展和扩展了本项目调整前的研究内容，使本项目更具有实际应用意义和科学研究价值。. 本项目发表术论文23，其中，SCI论文17篇，EI论文5篇。国际会议分会报告1篇，墙报1篇；国内学术会议邀请报告1篇，口头报告1篇。申请发明专利3项。与本项目相关的在站博士后2人，博士研究生9人。