基于NIR-QDs的受体免标记FRET新方法及其临床血样分析

Fluorescence resonance energy transfer (FRET) is a highly sensitive and homogeneous assay technology. However, the assay sensitivity in blood sample will be lowered, which is mainly attributed to the autofluorescence，scattering light and light absorption arise from biological matrix. Additionally, the energy acceptors like organic dyes or gold nanoparticles in FRET usually need complicated and time-consuming biological label or surface modification. Aim at improving analytical performance of FRET assay, especially in complicated clinical blood sample, NIR-emitting Quantum dots (QDs) and nanoquencher with unique structure and electronic properties are adopted. The project is proposed to develop new FRET strategy with aptamer/peptide tagged NIR emitting QDs as the donor and inorganic nanoquencher (carbon nanoparticles, aromatic polymers) as the label-free acceptor. In the near-infrared (650 - 900 nm) detection window, the optical interference in biological sample can be completelly eliminated, and thus, the ratio of S/N(signal to noise) is enhanced. The FRET process is induced by the π?π stacking interaction between aptamer/peptide and π-electron riched nanoquencher, which dexterously avoids biological label or surface modification typically existed in the traditional energy acceptors, resulting in low-cost and simple assay procedures. The results of this study may open the way for a new class of FRET assay in the near-infrared bioanalysis with wide applications.

荧光共振能量转移(FRET)是一种灵敏，均相的检测技术，但是，由于生物基质本底荧光，散射光和光吸收等干扰，其应用于血样分析时灵敏度大大降低；此外，FRET受体通常需要繁琐的修饰或标记步骤。本项目以疾病标志物为对象，设计了基于NIR-QDs修饰的aptamer/peptide为供体，无机猝灭材料(碳纳米颗粒，芳香聚合物)为免标记受体的FRET新方法。其以近红外为检测窗口(650-900 nm)，极大地消除生物样本的光学干扰，提高了信噪比；利用aptamer/peptide与纳米受体的π-π相互作用实现供受体自组装，避免近红外有机染料或纳米金为受体时繁琐的生物标记或表面修饰,合成困难，成本较高等不足，提高分析效率。本研究利用NIR-QDs优良的光学性质，纳米受体优异的猝灭能力和aptamer/peptide的高特异性来提高FRET分析性能，尤其是在临床复杂血样,对拓宽近红外分析具有重要意义。

荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)是一种高灵敏，非侵入式的均相检测技术，在免疫分析，核酸杂交及生物大分子构相变化等研究等领域获得了广泛关注。FRET是指当供体的发射光谱与受体的激发光谱有一定重叠，且两者距离介于1-10 nm时，由于偶极-偶极相互作用，供体的能量以非辐射的形式传递给受体。然而，作为一种光谱技术，FRET存在不足之处：1. 生物基质中背景荧光和散射光干扰；2. 供受体同时被激发。近红外检测窗口可以有效避免生物基质本底荧光，且光散射得到极大地降低。此外，无机纳米受体具有优异的光吸收性能，并且可以与功能性的核酸或多肽自组装。因此，本项目提出了基于近红外量子点(NIR-QDs) 的受体免标记 FRET 新方法及其临床血样分析的课题,具体研究如下：.1.建立了以核酸适配体(aptamer)修饰的近红外量子点(NIR-QDs)为能量供体, 氧化型碳纳米颗粒(OCNPs)为免标记能量受体的FRET模型，并应用于血样中胰岛素的高灵敏均相分析，线性范围宽(0.001 - 2.0 nM), 检出限达到pM水平，该传感器以近红外(750 nm)为检测窗口，可以很好地避免血样样本的背景荧光，散射光以及光吸收等干扰，显著提高灵敏度；.2.借鉴带隙工程（Band Gap Engineering）的理论，通过同时调节量子点组分与结构，首次合成小粒径、长寿命、不同发射的近红外CdTe/CdS：Cu量子点，并将其包裹在微珠中，利用荧光寿命和波长特性，结合近红外荧光成像与荧光寿命成像技术，实现全新的二维近红外光学编码，进一步开拓了量子点的编码维度；.3.原位还原合成碳量子点与二氧化锰nanosheet的FRET复合物，实现供受体的免标记，并应用于谷胱甘肽（GSH）检测。加入GSH后，GSH能够将二氧化锰nanosheet还原为Mn离子，体系荧光得到明显恢复。所构建的FRET传感器对GSH具有很好的分析性能，线性检测范围较宽(0.2 - 600 uM), 检出限达到22 nM，最后该FRET传感器成功应用于人血浆中GSH含量的测定。