锌基三层核壳结构纳米复合材料对DNA分子的选择性识别与检测

本课题拟利用锌基发光材料优异的发光特性、稳定性和低毒性，纳米金颗粒较宽的荧光猝灭范围、对荧光试剂高的猝灭效率和良好的稳定性，制备一种高灵敏度和特异性的生物传感器的敏感元件。即采用锌基三层多功能核壳结构 ZnS:Mn(Fe、Cu)/ZnO/SiO2 作为DNA探针，小尺寸水溶性的金纳米粒子作为目标DNA靶标，研究三层核壳结构对目标DNA分子的定性定量识别与检测。其中包括：研究掺杂元素对其光学性能影响的微观机制；研究核壳结构材料的层与层之间的相互作用关系；研究核壳结构材料和金纳米颗粒的作用机理及构效关系；总结纳米材料表面修饰和性能调控的规律；探索纳米材料和金纳米颗粒与DNA单链以肽键的形式连接机制和对DNA选择性识别的机理。该项研究的成功将为锌基化合物在生物技术领域的应用提供理论基础和实验依据，促进半导体纳米材料更为广泛和多样的应用。

本课题拟利用锌基发光材料优异的发光特性、稳定性和低毒性，纳米金颗粒较宽的荧光猝灭范围、对荧光试剂高的猝灭效率和良好的稳定性，制备一种高灵敏度和特异性的生物传感器的敏感元件。主要研究成果如下：一、利用溶剂热法成功地制备过渡金属（Mn, Cu, Fe, Cd, Cr, Ni）掺杂以及共掺杂ZnS纳米线，并研究了掺杂元素的组分、掺杂浓度对ZnS纳米线光、磁性质影响的微观机制。二、为提高三层核壳结构的发光效率，以提高DNA生物传感器的灵敏度，开展了ZnS:Mn2+ 量子点(纳米线)/ SiO2纳米复合材料的制备、结构及光学性质研究，结果表明ZnS:Mn2+量子点（纳米线）具有较高的发光效率，通过调节Mn离子的掺杂浓度可获得不同发光颜色的样品，通过利用SiO2对ZnS:Mn2+量子点（纳米线）进行表面修饰可提高样品的生物相容性及发光效率。三、利用stöber法成功地将过渡族金属掺杂ZnS纳米线和ZnO量子点包埋在SiO2中获得三层核壳结构，研究了二氧化硅厚度，不同锌基化合物比例对样品的结构、光、磁性质的影响。四、为解决所制备的三层核壳结构磁性弱不足以实现磁靶向应用的问题，进一步开展了Fe3O4量子点的制备，以及ZnS:Mn2+纳米线/ Fe3O4量子点/SiO2 纳米复合材料的制备，通过对样品进行表面修饰，解决了Fe3O4量子点对ZnS:Mn2+纳米线的荧光猝灭问题，实现了荧光标记及磁靶向的多功能应用。五、利用ZnS:Mn2+ 量子点(纳米线)/ SiO2纳米复合材料和金纳米粒子分别与DNA连接，构建共振能量转移生物传感器，结果表明金纳米粒子对 ZnS:Mn2+ 量子点(纳米线)/ SiO2纳米复合材料具有较强的荧光猝灭作用，在与DNA连接之后能够发生荧光共振能量转移，通过加入目标DNA可以使荧光恢复从而实现对DNA的检测。该项研究的成功将为锌基化合物在生物技术领域的应用提供理论基础和实验依据，促进半导体纳米材料更为广泛和多样的应用。