本文選題：量子點 + 熒光生物傳感器　； 參考：《東南大學》2017年博士論文

【摘要】：量子點(QDs)是一種新型熒光納米材料,具有眾多獨特的光物理特性,如高熒光量子產(chǎn)率、寬譜帶吸收、窄譜帶發(fā)射、發(fā)射峰連續(xù)可調(diào),以及優(yōu)良的抗光漂白性。基于QDs的熒光生物傳感器具有高靈敏度和選擇性,以及低成本、檢測可視化等優(yōu)勢,對于開發(fā)高效的生物組分分析和疾病診斷方法具有重要的研究意義,目前成為近年來生物醫(yī)學領(lǐng)域中研究的熱點。本論文在合成了多種顏色、不同結(jié)構(gòu)QDs的前提下,以QDs表面的生物偶聯(lián)功能化為基礎(chǔ),構(gòu)建了多種結(jié)構(gòu)的熒光探針/傳感器,并成功應(yīng)用于DNA微陣列、編碼微球陣列以及單細胞分析,分別實現(xiàn)了單核苷酸多態(tài)性(SNP)、microRNA(miRNA)以及細胞內(nèi)Pb2+的檢測。論文主要研究內(nèi)容如下:1.合成了不同結(jié)構(gòu)的多色量子點。利用金屬有機法制備了 CdSe和InP單核量子點。使用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)法進行無機層包覆,制備了核/殼型CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS以及InP/ZnS量子點。此外,使用一鍋法制備了三種合金型CdxSe1-xZnyS1-y、Cd1-xZnxSe和Cd1-xZnx/ZnS油溶性量子點。所制備的量子點具有較高熒光量子產(chǎn)率和較窄的半高全寬,并且發(fā)射波長連續(xù)可調(diào)(400nm-660nm),為量子點熒光傳感器的構(gòu)建提供了良好的材料基礎(chǔ)。2.制備了鏈霉親和素修飾的量子點(strAV-QD),并開發(fā)了該納米熒光探針應(yīng)用于分子信標(MB)微陣列分析的方法。所使用的MB在5'和3'末端分別修飾巰基和生物素,并通過巰基構(gòu)建微陣列。當靶標DNA不存在時,MB處于"閉合"狀態(tài);當靶標DNA存在時,雜交反應(yīng)"打開" MB。由于較大的尺寸,StrAV-QD只能標記"打開"狀態(tài)而不標記"閉合"狀態(tài)的MB,從而實現(xiàn)了對靶標DNA的高靈敏、高特異性檢測,信噪比達到8.0。此方法避免了對靶標DNA的修飾并無需進行信號放大。通過應(yīng)用StrAV-QD熒光探針標記MB微陣列進一步實現(xiàn)了對Ⅱ型糖尿病相關(guān)rs12255372 和 rs7903146 兩種 SNP 的檢測。3.制備了核酸適配體(apt)修飾的紅色量子點(apt-rQD),并與綠色包硅量子點(gQD/SiO2)修飾的氧化石墨烯(GO)結(jié)合,構(gòu)建了一種新型的雙發(fā)射熒光傳感器(apt-rQD@G0@gQD/SiO2),可實現(xiàn)對Pb2+的比率熒光檢測。在該傳感器中,InP/ZnS為熒光團,GO為淬滅劑,gQD/SiO2為參比熒光。當Pb2+不存在時,apt利用與GO之間的吸附作用拉近熒光團與猝滅劑之間的距離,通過納米金屬表面能量轉(zhuǎn)移(NSET)作用導致量子點熒光猝滅。當apt與Pb2+特異性結(jié)合后,apt轉(zhuǎn)化為G-四鏈體結(jié)構(gòu),使得apt-rQD脫離GO表面,NSET效率降低,rQD熒光增強,而gQD/SiO2的熒光保持不變,從而實現(xiàn)了比率熒光檢測。由于apt-rQD、GO及gQD/SiO2良好的生物相容性,制備的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對細胞內(nèi)Pb2+的檢測。4.制備了二氧化硅包覆的量子點編碼微球(Qbead@SiO2),并通過其表面的靶標結(jié)合以及鏈式雜交反應(yīng)(HCR),結(jié)合小分子熒光染料染色技術(shù),可用于對miRNA的多元、比色分析。在Qbead@SiO2表面,靶標DNA與捕獲探針雜交后,可誘導兩種發(fā)卡結(jié)構(gòu)DNA發(fā)生約11個循環(huán)的HCR反應(yīng)。HCR擴增導致小分子染料信號放大,其與Qbead@SiO2的編碼熒光信號復合,進而實現(xiàn)了 Qbead@SiO2發(fā)光顏色變化的放大,從而允許進行有效的比色分析。這種Qbead@SiO2—HCR分析方法實現(xiàn)了對miRNA的高特異性、高靈敏分析,檢測限降低至700 zmol,動態(tài)范圍達到4個數(shù)量級。進一步基于四種編碼微球可通過該比色分析方法實現(xiàn)對乳腺癌細胞中提取的四種miRNA的定量檢測。
[Abstract]:Quantum dots (QDs) is a new type of fluorescent nanomaterial. It has many unique photophysical properties, such as Gao Yingguang quantum yield, wide band absorption, narrow band emission, continuous adjustable peak emission, and excellent photobleaching. QDs based fluorescent biosensor has the advantages of high sensitivity and selectivity, low cost, visual detection and so on. It has important research significance for the development of efficient biocomponent analysis and disease diagnosis methods. It has become a hot topic in the biomedical field in recent years. In this paper, based on the synthesis of various colors and different structures of QDs, based on the biological coupling function of QDs surface, a variety of fluorescent probes / sensing structures are constructed. It has been successfully applied to DNA microarray, coded microsphere array and single cell analysis to detect single nucleotide polymorphisms (SNP), microRNA (miRNA) and intracellular Pb2+. The main contents of this paper are as follows: 1. the polychromatic quantum dots with different structures were synthesized. The use of metal organic method was used to prepare the CdSe and InP mononuclear quantum dots. The nuclear / shell type CdSe/ZnS, CdSe/CdS/ZnS and InP/ZnS quantum dots were prepared by the continuous ion layer adsorption (SILAR) method, and three kinds of alloy CdxSe1-xZnyS1-y, Cd1-xZnxSe and Cd1-xZnx/ZnS oil soluble quantum dots were prepared by one pot method. The quantum yield and the narrower half height of the quantum yield were obtained. All wide and continuous tunable wavelengths (400nm-660nm) provide a good material basis for the construction of a quantum dot fluorescence sensor (.2.) to prepare a quantum dot (strAV-QD) modified by streptomycin, and develop a method for the application of the nanofluorescence probe to the molecular beacon (MB) microarray analysis. The MB is modified at the end of 5'and 3' respectively. When the target DNA does not exist, the MB is in a "closed" state. When the target DNA exists, the hybridization reaction "opens" MB. because of the larger size, StrAV-QD can only mark the "open" state and do not mark the "closed" state MB, thus realizing the high sensitivity, high specificity detection and signal-to-noise of the target DNA. To 8.0. this method avoids the need to amplify the target DNA modification. By using the StrAV-QD fluorescence probe labeled MB microarray, the red quantum dots (apt-rQD) modified with nucleic acid aptamer (APT) for the detection.3. of the two SNP of type II diabetes related rs12255372 and rs7903146 are further realized, and with the green package. A new type of double emission fluorescence sensor (apt-rQD@G0@gQD/SiO2) was constructed by the combination of silicon quantum dots (gQD/SiO2) modified graphene oxide (GO). The ratio fluorescence detection of Pb2+ was realized. In this sensor, InP/ZnS was a fluorophore, GO was a quenching agent, and gQD/SiO2 was a reference fluorescence. When Pb2+ did not exist, apt utilized the adsorption between GO. The distance between the fluorescence mass and the quenching agent is close to the fluorescence quenching of the quantum dots by the effect of energy transfer (NSET) on the surface of the nano metal. When apt and Pb2+ are specifically combined with Pb2+, apt is transformed into the structure of G- four chain body, which makes apt-rQD out of the GO surface, the efficiency of NSET is reduced, the rQD fluorescence is enhanced, and the fluorescence of gQD/SiO2 is kept unchanged, thus realizing the ratio fluorescein. Light detection. Due to the good biocompatibility of apt-rQD, GO and gQD/SiO2, the prepared sensor can realize the detection of intracellular Pb2+ by.4. to prepare the quantum dot encoded microsphere (Qbead@SiO2) coated with silica, and can be used in the combination of its surface target binding and chain hybridization reaction (HCR), combined with small molecular fluorescent dye dyeing technology. MiRNA's multivariate, colorimetric analysis. On the Qbead@SiO2 surface, after the target DNA is hybridized with the capture probe, it can induce two kinds of card structure DNA to produce about 11 cycles of HCR reaction,.HCR amplification leads to the amplification of the small molecule dye signal, which is combined with the coded fluorescence signal of Qbead@SiO2, thus realizing the amplification of the color change of the Qbead@SiO2 luminescence, thus allowing for the amplification of the color change of the Qbead@SiO2. Effective colorimetric analysis. This Qbead@SiO2 - HCR analysis method realizes high specificity of miRNA, high sensitivity analysis, the detection limit is reduced to 700 zmol, and the dynamic range reaches 4 orders of magnitude. Further quantitative detection of four kinds of miRNA extracted from breast cancer cells can be realized based on the four coded microspheres.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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本文編號：2010980