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随着生物检测技术、高通量筛选技术和多元分析技术的发展,流动载体编码技术由于其灵敏度高,编码量大,反应快速等特点受到广泛关注。其中基于光谱技术的光学编码由于其编码、检测技术成熟,检测方便直观而得以普遍应用。传统的荧光染料所产生的编码稳定性不高,光子晶体编码又存在着编码量少等问题,都对其应用造成了一定的限制。因此,本论文制备了量子点等纳米粒子与光子晶体编码相结合的复合编码载体,能够很好的解决以上问题,并研究了该复合编码载体在生物检测中的应用。具体研究内容如下:
(1)通过层层自组装的方法将不同大小的量子点分别组装到不同的光子晶体微球的表面,使得量子点编码与光子晶体编码这两种光谱编码的结合起来。首先通过优化制备水相量子点的条件,制备出以巯基丙酸为稳定剂的不同颜色的水相CdTe量子点;通过微流控装置制备出由二氧化硅粒子自组装成的大小可控、尺寸均一的光子晶体微球。然后基于层层自组装技术,将不同颜色的量子点包被在不同编码的二氧化硅光子晶体微球表面,得到了量子点和光子晶体复合编码载体。研究了不同的吸附过程对光子晶体的结构及其复合微球的荧光光谱和反射光谱的影响。DNA杂交实验说明该复合编码微球作为生物分子的固相载体具有制备简单、编码稳定和解码方便等优点。
(2)利用二氧化硅光子晶体微球特殊的结构和量子点的特有性质,将光子晶体对检测信号的增强作用与量子点编码结合起来,制备了新型多功能的编码载体以用于生物编码检测。根据量子点的特有性质,可以得到同时利用量子点的强度和光谱来编码的微球,编码量大大增加。同时,由于光子晶体微球具有很大的比表面积,因此在DNA的检测中可以使得检测信号得到放大增强。实验对比了同样大小的光子晶体微球和玻璃微球,通过对不同浓度的DNA的检测结果的分析,以光子晶体微球作为固相载体的荧光免疫检测的灵敏度达到6.7pmol/L,远远高于玻璃微球荧光免疫检测的灵敏度(890pmol/L)。因此,该多功能编码微球作为生物分子的固相载体具有编码量大和较高的灵敏度等优势,有望在实际的高通量多组分检测中得到应用。
(3)基于量子点和金纳米粒子之间荧光能量转移(FRET)现象,构建了以二氧化硅光子晶体微球为载体的DNA多元检测技术。在这个体系的研究中,将量子点固定在光子晶体编码微球表面作为荧光能量给体,DNA杂交反应后,Au-DNA靠近量子点使得量子点的荧光淬灭,而目标DNA的加入可以使得部分的荧光淬灭得到恢复,实现了DNA的多元定量检测。同有机染料(Cy5)与量子点的荧光能量转移体系相比,金纳米粒子与量子点之间的荧光能量转移效率更高,达到84.3%。因此采用了该体系来进行DNA的定量分析。在多组分DNA的检测中,能够用这种方法高效、灵敏的检测出待测组分。
(4)利用复合编码微球作为抗体固定的载体,用于多组分免疫分析。用癌胚抗原(CEA)和甲胎蛋白(AFP)作为模型分析物,AFP和CEA都可以在1.0-100ng/mL范围内被快速检测,检测限分别为0.72和0.89ng/mL(信噪比为3).用提出的方法分析了临床血清样品,结果与临床上参考方法相比,具有良好的一致性。该体系显示出高的准确性和重现性,具有操作简单、高通量检测等优点,在临床检测上具有潜在应用价值。