基于掺杂型ZnS/Au纳米复合材料的免疫检测研究

Semiconductor nanocrystals have attracted significant attentions in biomedical fields during the past few years owing to their unique optical properties, such as tunable wavelength, narrow bandwidth, stability, and continuous excitations. The environmental safety and centralized material system are the main problems that limited the development of the fluorescent semiconductor biolabels. Therefore, the present project intends to obtain a kind of novel fluorescent nanocomposites for biolabeling and bioassay. The researches will start from the preparations of water-dispersive doped ZnS nanomaterials. The influences of the doping to the optical properties of the ZnS based nanomaterials will be studied. Then, doped ZnS/Au nanocomposites will be formed by using multi-sulfhydryl compound as link bridge. Utilizing the binding affinity between Au and biomolecules, the bioconjugations of the doped ZnS nanomaterials can be further improved. Simultaneously, the localized surface Plasmon resonance effect of the Au nanoparticles can be designed to enhance the fluorescence of the doped ZnS nanomaterials. Finally, sensitive immunoassays are expected to be realized based on the optimized doped ZnS/Au fluorescent nanolabels.

半导体纳米晶由于具有发光波长可调、发射谱窄、较好的光稳定性、激发谱连续等优异的光学性质，近些年来在生物分子及细胞等的标记检测领域中引起了人们极大的重视。环境安全问题和材料体系单一是当前制约半导体荧光标记与检测技术的主要因素。针对这一问题，本项目拟开展可应用于生物分子检测的新型荧光纳米复合材料的研究工作。主要包括水相方法制备水溶性掺杂型ZnS纳米材料，通过掺杂元素及掺杂浓度调节实现对其光学性质调控。以此为基础利用多齿配体的桥梁作用构建掺杂型ZnS/Au纳米复合材料。利用Au纳米材料易与生物分子偶联及可在光激发下产生等离子体场的特性，实现对掺杂型ZnS纳米材料光学性质及生物偶联功能的双重调节。最终,以这种掺杂型ZnS/Au纳米复合材料作为荧光标记材料实现人IgG等生物分子的高灵敏免疫分析。

半导体纳米晶发射谱窄、光稳定性好且发光波长可调，近些年来在生物分子及细胞标记检测等领域中应用引起了人们极大的重视。目前应用最为广泛的为CdSe/ZnS量子点，但环境安全问题又严重制约了其实际应用的步伐。针对这一问题，本项目开展了可应用于生物分子检测的新型ZnS基荧光纳米复合材料的研究工作。主要包括：以湿化学方法制备水溶性ZnS、ZnS:Cu、ZnS:Mn等纳米材料，分析了掺杂元素种类、表面配体修饰、掺杂浓度等对ZnS基纳米材料光学性质的影响。利用高斯拟合分析并证实了ZnS:Cu纳米晶各可能的发光来源，克服了非对称掺杂型ZnS纳米材料发光来源指认的困难。构建了ZnS/SiO2, ZnS/Au，ZnS:Mn/Au等纳米复合结构并分析了复合对光学性质的影响。发现以SiO2对ZnS纳米粒子进行表面修饰可有效抑制粒子间团聚，进而可实现对ZnS纳米粒子442nm附近的蓝紫光发射的增强。利用ZnS:Mn纳米粒子表面的巯基丙酸基团作为桥梁，获得了ZnS:Mn/Au纳米复合材料，实现了将Mn离子相关的发光增强469%。设计了多种对照研究证实Mn离子发光增强的机理为Au纳米粒子的局域表面等离子体共振效应。最终，以所获得的ZnS基纳米材料制备了荧光标记物，实现了人免疫球蛋白分子的检测，验证了利用此类荧光探针进行免疫检测的可行性及特异性。项目研究成果不仅对半导体纳米材料发光机理、金属表面等离子体增强荧光机制等基本物理问题理解具有借鉴意义，对新型生物医学标记及检测手段的临床应用也具有一定的促进作用。