基于单个量子点的多功能纳米生物传感器研究

基于量子点高亮度、无光漂白、一元激发多元发射等优良特性，结合纳米金、过渡金属离子配合物对其荧光的强猝灭效应、共聚焦单分子检测技术，以及单个量子点与核酸偶联后具有俘获、富集特定目标分子的特点，构建基于单个量子点的多功能生物传感器，既可免去繁琐的分离，又将显著降低甚至消除传统荧光能量转移过程中的背景荧光，还具有俘获、富集、示踪与定量等多重功能。通过荧光猝灭剂的筛选，提高猝灭效率和信号放大倍数，实现核酸和蛋白质的超高灵敏检测；通过研制偶联不同核酸序列（适配体）的量子点探针用于单个细胞分析，可区分正常细胞、病变细胞，识别细胞表面蛋白及胞内核酸与蛋白，具有原位、实时、动态等优点，为单分子及单细胞等生命信息获取提供高灵敏及高选择性新方法；采用不同发射波长的量子点与偶联有猝灭剂的不同序列核酸结合，可实现多个核酸/蛋白的同时检测，极大地提高检测能力，使现有单分子及单细胞分析发生根本性变革。

量子点具有很多优良光学特性，利用量子点一元激发，多元发射特性，可实现多个核酸/蛋白的同时检测。本项目在基于单个量子点的多功能纳米生物传感器构建、多个核酸/蛋白质同时检测、活细胞内活病毒标记及检测等方面开展了系统研究，取得了以下研究成果。.1. 构建了基于单个量子点的多功能纳米生物传感器。首先建立了高质量、Zn掺杂量子点的合成方法，一次合成可得到3克左右的量子点，保证了实验需求。同时开展了DNA功能化量子点的合成及其应用研究，将Zn掺杂与DNA功能化两个技术结合，研制出高质量DNA功能化的Zn掺杂量子点，并将DNA设计为识别肿瘤细胞的适配体，实现了人肺腺癌细胞特异性荧光成像和活体的靶向示踪。.2. 基于量子点和磁分离核酸检测研究：以人乳突淋瘤病毒的两个基因片段HPV-16和HPV-18为模型，利用标记有两种不同荧光试剂的核酸探针及捕获探针修饰量子点，并结合核酸修饰磁微球的磁分离作用，一步杂交，同步荧光扫描，实现了HPV-16和HPV-18的同时测定；利用亚钌配合物对CdTe量子点的优良猝灭特性及核酸杂交链反应，构建了一种超灵敏的DNA传感器。利用磁珠的羧基与氨基化的DNA偶联构建捕获探针，其自由端参与交叉链反应，使杂交链延伸并结合量子点的猝灭剂—亚钌配合物。结合磁分离，检测灵敏度高，并可用于实际样品分析。.3. 活细胞内活病毒标记、示踪与检测研究：利用基因工程标记病毒蛋白，通过在活细胞内病毒扩增过程中金属钌配合物与核酸的相互作用标记重组病毒核酸，实现了病毒包膜和病毒核酸的同时荧光标记及病毒侵染过程示踪；利用SV40 主要衣壳蛋白VP1 进行体外分子自组装包装量子点，成功地构建了基于单个病毒内含单个量子点的SV40 病毒样颗粒，利用氧化石墨烯的荧光超猝灭特性及病毒抗体与病毒样颗粒的特异性相互作用，实现了血清样品中病毒抗体的灵敏检测；采用两种不同颜色的量子点分别标记两种病毒抗体，采用石墨烯作为猝灭剂，构建同时检测两种病毒的新方法。.在Angew. Chem. Int. Ed.和Anal. Chem.等学术刊物发表学术论文28篇，获授权发明专利4项，参加国际国内重要学术会议12次，作特邀报告9次。5项成果在国内《分析化学》News专栏报道，培养的博士研究生周鹏获日本JSPS博士后基金，项目主持人获“2012药明康德生命化学研究奖”学者奖。