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表面能量转移(SET),又称为纳米金属表面能量转移(NSET),作为共振能量转移其中的一种灵敏的光学分析技术,在能量转移过程中伴随着距离、能量供受体发光性质变化等,现已被广泛用于生物分子结构和动力学表征、生物成像、分析检测、疾病诊断和治疗等方面。NSET指供体荧光团将能量以非辐射的方式转移给作为能量受体的纳米金属表面(如金纳米颗粒表面)的过程。与传统的荧光共振能量转移(FRET)相比,NSET具有更高的能量转移效率和更长的作用距离。能量供受体对作为能量转移的主体,在能量转移体系中至关重要。常见的能量供受体包括有机小分子(有机染料分子与小分子猝灭剂)与纳米材料,其中有机小分子具有结构简单、易标记且光谱范围广等优点,常作为能量转移体系中的供受体。纳米材料因其独特的性质受到各界研究学者的青睐,特别是贵金属纳米材料中的金纳米颗粒(AuNPs)具有合成简单且易修饰、稳定性和生物相容性好等优异性能,在催化、传感和分析等领域拥有广阔的发展前景。由于AuNPs具有高的摩尔吸光系数,在表面能量转移体系中被广泛用作能量受体,基于NSET策略制备的荧光探针,在分析传感领域不断发展。目前,基于AuNPs构建的表面能量转移体系中大多通过核酸标记的策略在AuNPs表面功能化密集的能量供体,采用AuNPs作为单独的能量受体,造成背景信号高、灵敏度低等问题,且核酸功能化过程中涉及多步加盐与离心,制备过程繁琐、耗时。为了解决这些问题,通过在AuNPs表面修饰上另一种能量受体或电子受体,提高荧光猝灭性能,并将构建的双能量转移纳米探针和能量转移与电子转移耦合的荧光纳米探针用于抗生素检测和肿瘤核酸的成像分析。具体的两部分研究内容如下:(1)增强型“纳米耀斑”的制备及用于氨苄西林的灵敏检测。通过将黑洞猝灭剂(BHQ-2)引入到常规的球核酸(SNA)纳米结构中,制备了新颖的增强型纳米耀斑,并将其用于氨苄西林分析。首先,氨苄西林的适体与染料TAMRA标记的短链DNA(TAMRA-cDNA)部分互补杂交形成耀斑。然后,利用Au-S键将耀斑修饰到AuNPs表面,得到传统的纳米耀斑探针。最后,为了制备增强型纳米耀斑,再通过Au-N键将BHQ-2功能化到AuNPs表面。由于供受体间距离靠近,发生纳米金属表面能量转移(NSET)和荧光共振能量转移(FRET),供体TAMRA的荧光被AuNPs和BHQ-2协同猝灭。当氨苄西林加入到探针中反应后,氨苄西林与适体特异性结合并以浓度依赖的方式触发了TAMRA的荧光恢复。与传统的纳米耀斑相比,双受体策略极大地降低了背景信号,供受体间的能量转移效率得以提高,进而实现了氨苄西林的灵敏检测。氨苄西林的检测限为0.65 ng/m L,线性范围为1.8-20 ng/m L,成功用于加标牛奶样品和药品中氨苄西林的分析。(2)能量转移-电子转移耦合荧光纳米探针的制备及用于肿瘤活细胞中mRNAs成像。利用多巴胺(DA)在碱性条件下自聚合的特性,首先制备了聚多巴胺(PDA)包被的AuNPs(Au@PDA NPs)。然后利用PDA吸附单链DNA(ssDNA)而不与双链DNA(dsDNA)作用的特性,Au@PDA NPs通过简单的物理作用吸附上染料标记的ssDNA(dye-ssDNA),就能一步法制备能量转移与电子转移耦合的纳米探针。PDA因具有氧化的醌结构是良好的电子受体,AuNPs则作为能量受体。由于供受体间的距离靠近,发生NSET和光致电子转移(PET),Au@PDA NPs对供体Cy5的猝灭效率高达90%。当肿瘤相关mRNA存在时,dye-ssDNA与mRNA完全互补形成dsDNA从Au@PDA NPs表面释放,染料的荧光信号恢复,实现mRNAs的灵敏分析。在溶液中,TK1 mRNA检测限为0.43 nM,线性范围为1.8-90nM。Au@PDA NPs作为高效的载体和猝灭剂且具有优异的生物相容性,纳米探针通过内吞途径进入细胞,从而实现在细胞水平同时成像肿瘤相关的mRNAs。综上所述,在本研究中,我们选择合适的供受体对AuNPs进行功能化,构建了基于表面能量转移的生物传感体系,提高了能量转移效率,使纳米探针的背景信号降低从而提高了检测的灵敏度和准确性。同时将其应用于抗生素的灵敏检测与细胞水平上肿瘤核酸的原位成像。