多元，高灵敏检测食品中重金属离子的新型金属膜微阵列芯片的研究

Metal film-enhanced/quenched fluorescence micro-plate arrays, which the response signal intensity is inversely correlated with the abundance of detection target, is a novel microarray, that is capable of greatly improving the detection sensitivity. The contamination of trace amount heavy metal ions in foods has already greatly influenced the people's health. This project intends to construct a multiplex, high sensitivity method to determination of heavy metal ions in foods, and to discuss the realization of the actual condition to novel microarray. In practical terms, utilizing the Au-nanoparticle self-assembly to dispose the glass surface, forming the source of enhanced and quenched fluorescence;using graphene quantum dots labeled with DNAzymes and hybridizing DNAzymes with the complementary DNA that combining to the chip surface, forming the metal film-enhanced fluorescence microarray. For simultaneous detect multiple heavy metal ions as the concrete implementation content,using the DNAzymes capability of high efficiency and sensitivity identification of the heavy metal ions, applying the heavy metal ions quenching effect to graphene quantum dots, utilizing the anti-correlation between the response signal intensity and the abundance of detection target, realized the multiplex, super-high sensitivity determination of heavy metal ions.

响应信号的强度与检测目标物丰度反相关的金属薄膜增强/淬灭荧光型微孔板芯片是一种能更大限度的提高检测灵敏度的新型微阵列芯片。食品中痕量重金属离子的污染已经严重影响到人们的身体健康。本项目拟构建多元，高灵敏检测食品中重金属的新方法，探讨实现金属薄膜增强/淬灭荧光型，响应信号的强度与检测目标物丰度反相关的微阵列芯片的具体条件。具体而言，在载玻片表面自组装上金纳米颗粒薄膜，以此作为荧光信号的增强与淬灭源；用石墨烯量子点标记脱氧核酶，将脱氧核酶与键合于芯片基底表面的脱氧核糖核酸底物链杂交，形成金属薄膜增强/淬灭荧光型微阵列芯片；以多种重金属离子的同时检测为具体实施内容，运用脱氧核酶特异识别重金属离子时，结构发生卷曲的性质来调节石墨烯量子点与金属薄膜的距离，从而淬灭石墨烯量子点的荧光，利用响应信号的强度与检测目标物丰度反相关的关系，实现对重金属离子的多元，高灵敏检测。

食品的重金属污染一直是困绕消费者与科研工作者的重大食品安全问题。开发新型检测重金属离子的方法来替代传统仪器方法一直是科研工作者们努力的方向。.项目主要从以下几个方面展开了研究：.1）有助于新型生物传感方法开发的单个量子点的光学性质研究。1-1）揭示了单个核壳量子点的光氧化过程，并应用其光氧化过程来定量研究不同激发光波长与强度对量子点光谱蓝移产生的影响。量子点光谱蓝移的幅度依赖于量子点尺寸与激发光波长，而不依赖于激发光的强度。量子点的氧化速度正比于激发光强度，波长更短的激发光诱导更快的氧化速度。1-2）利用同色半导体量子点复合物中的各量子点光谱蓝移的不同步性，实现了同色半导体量子点复合物的高分辨率的定位。为如何测量金颗粒薄膜与量子点之间的距离，实现金颗粒薄膜增强与淬灭量子点荧光奠定了基础。.2）检测重金属离子的新方法研究。2-1）利用量子点光谱蓝移与漂白的不同步性，开发了一种基于计算量子点团聚度的方法，来高灵敏定量检测蛋白与金属离子的方法，其蛋白的检测限1.37nM，汞离子的检测限为4.6pM 。2-2) 以单个荧光分子漂白为单步漂白特性计算基础，设计有多个识别位点的分子信标，来探测重金属离子的浓度与荧光分子的聚合程度的关系，进而开发检测重金属离子与腺苷的方法，其腺苷的检测限为2pM；选用Hg2+ 、Ag2+等金属离子的核酸适体并通过适当的改进，当识别目标离子时引起荧光分子的团聚，实现了Hg2+ 、Ag2+等4种金属离子的高灵敏检测。.3）金颗粒薄膜增强荧光型纸芯片的设计与集成。利用多种尺寸金纳米颗粒自组装金薄膜,开展金颗粒薄膜的制作条件的优化实验。尝试了多种类型的量子点，包括半导体量子点，石墨烯量子点，碳量子点等，在金薄膜表面的增强与淬灭效应的考查。结果表明，半导体量子点由于荧光效率及抗漂白性能好于其他类型量子点，更容易实现在金膜表面的增强与淬灭效应的调控。构建金颗粒薄膜纸芯片，初步实现Cd2+, Zn2+, Pb2+金属离子的多元检测。