自组装膜的超长程能量转移及界面比率荧光传感方法

In order to break down the distance limit of classical FRET, we propose here a new strategy to establish a superlong-range energy transfer, in which quantum dots of good spectral properties and tunable wavelength will be used as the energy donor, polyelectrolyte multilayer membrane as a linker to control the distance of the energy donor to acceptor. Multiple mode sensing is expected by incorporating sensory unit into the donor, acceptor and/or the assembling layer. A renewable dual fluorescence ratiometric interfacial method with a extremely high sensitivity would be built, because of the well tuning of the orientation of the energy donor and acceptor and the simultaneous changes of the emission of the energy donor and acceptor in an opposite direction. The high surface density of the sensory unit and their geometric orientation are factors that would also contribute to the sensitivity and selectivity. A ratiometric interfacial fluorescence sensing will hence established, that would be applied for sensitive and selective sensing of molecules including those of highly biological significance. The method can also be applied to the investigation of the interaction of biomolecules.

为突破经典能量转移距离极限，解决其应用中的瓶颈问题，本项目拟以光学性能优异和波长可调的量子点作为能量供体，以聚电解质为能量给/受体间连接臂并借其组装层数的变化调控给/受体间距离，研究自组装膜体系超长程和多步能量转移，阐明其组成/组装-效率间相关性。籍自组装膜体系能量给/受体和组装层的结构和/或种类调节，建立全新的多重能量转移界面比率荧光传感模式。自组装膜上能量给/受体的相对取向易于固定和调控，利于能量转移，而自组装膜能量转移双重荧光传感较之于自组装膜内标式传感更为灵敏，故可建立超灵敏的可再生的界面分析方法。项目将针对不同识别物种，设计能量给体和/或受体以及不同的组装层,构筑新型的自组装膜能量转移的识别模型，用于具有重要生命科学意义的核酸、糖、肽和蛋白质等的高灵敏比率荧光传感。开展识别传感的构-效关系研究，为生物大分子的微观测距提供高精度的荧光"纳米尺"，并发展研究生物分子相互作用的新方法。

项目以光学性能优异和波长可调的纳米材料(量子点、碳点等)为能量转移供体D，氧化石墨烯或染料等为受体A，聚电解质作为给受体间连接臂，借其组装层数的变化调控D与A间距离，研究自组装膜体系能量转移。阐明了超分子自组装体系中能量转移效率与D/A形态及距离的相关性，并开展识别传感的构-效关系研究，发展了基于自组装膜的超长程能量转移，构建自组装膜表/界面的高灵敏、高选择性双重传感体系和方法。.项目创新性发现在自组装膜中D和A能够发生长距离能量转移，并且能量转移速率 k 与 r-2 成正比，k与距离r的相关性与经典的纯溶液相体系明显不同。预示着当D与A 被组装于固体表面构建自组装膜中时，能量转移效率更高，相同的能量转移效率可传输距离更长。即基于自组装膜的能量转移具有较经典FRET和NSET更大的有效作用距离和作用范围，这对于生物体系如核酸、蛋白的分析和相互作用研究尤为重要。为研究核酸-蛋白等生物分子的相互作用提供定性定量检测的方法，为生物大分子的微观测距打造高精度的荧光“纳米尺”。 研究还表明，自组装膜上作为连接臂的单链DNA构象变化(如杂交和形成四链体等)可缩短给体-受体间距离，从而增强自组装膜能量转移效率而构建荧光传感体系，用于DNA序列和Pb2+等的灵敏识别。我们基于能量转移所构建的双色比率界面传感，可极大提高荧光分析的准确度和灵敏度，拓展了荧光性自组装膜的实际应用，为基体复杂的生物样品检测提供了一种很好的定量分析方法。 .课题组4人次出(境)国参加国际学术会议及学术交流，16人次参加全国学术会议汇报阶段性研究成果。发表有价值的SCI学术论文16篇，另有3篇英文论文在审理中；已培养3位博士和11位硕士研究生毕业。我们已按照计划圆满完成任务。