稀土上转换荧光纳米材料的制备及其在生物检测中的应用研究

摘要

稀土上转换荧光纳米颗粒(upconversion nanoparticles，UCNPs)是近年来备受瞩目的重要发光材料，它能吸收两个或多个低能激发光子并转换为高能发射光子。与传统的有机荧光染料、量子点等生物分子荧光标记物相比，上转换荧光纳米材料不仅毒性低、发光强度高、光稳定性好、Stokes位移大；且因其激发光为红外光，可以有效避免生物样品自发荧光干扰，从而降低检测背景，提高生物检测的灵敏度。因其诸多优势，UCNPs作为一种新型的生物标记物在生物检测领域发挥巨大潜能。目前为止，UCNPs已应用于多方面的生物检测中，如蛋白质检测、核酸检测等，且取得了较大的进展。然而具有高灵敏度、高特异性、且重复性好的检测方法仍需进一步研究与开发。本论文基于NaYF4:Yb,Er UCNPs提出一种新的方法来提高生物检测中的准确度及重复性。主要研究内容如下：　　1.NaYF4:Yb,Er UCNPs的制备及表征。以稀土氯化物为原料，丁烷四羧酸、柠檬酸盐、聚丙烯酸、油酸等为表面修饰剂，利用水热法和热分解法分别制备NaYF4:Yb,Er UCNPs。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、荧光光谱、傅里叶红外光谱等分别表征所合成颗粒的大小、形貌、荧光强度及表面修饰的官能团。最终选定以热分解法制备的大小尺寸均一(约25nm)、单分散性好、均一球状、强荧光性能的油酸包覆NaYF4:Yb,Er UCNPs进行生物检测；　　2.NaYF4:Yb,Er UCNPs的表面修饰及表征。采用羧基化牛血清白蛋白(BSA)对UCNPs进行表面羧基化修饰。再通过酰胺反应将羧基化UCNPs与氨基化探针结合，制得UCNPs修饰的DNA探针。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、荧光光谱分析，表明NaYF4:Yb,Er UCNPs表面成功地修饰了较多羧基官能团，并以共价键与探针牢固结合，水溶性较好，发光强度较高；　　3.NaYF4:Yb,Er UCNPs应用于生物检测。根据碱基堆积力原理， 将NaYF4:Yb,Er修饰的探针与目标DNA或miRNA，报告DNA进行杂交。首次提出以NaYF4:Yb,Er荧光强度为内参来定量检测目标DNA或miRNA的浓度。通过大量实验验证表明，以UCNPs荧光强度作为内参标准的方法能够有效避免实验中出现的操作和仪器误差，比传统的以报告DNA信号作为判断标准要更准确，且灵敏度在无扩增与反转录的条件下检测至5nmol/L(DNA)或10nmol/L(miRNA)，重复性好，特异性也较高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1稀土上转换荧光纳米材料的概述

1.2稀土上转换荧光纳米材料的制备方法

1.3稀土上转换荧光纳米材料的表面修饰

1.4稀土上转换荧光纳米材料在生物检测中的应用

1.5本论文的研究意义、创新点和研究内容

第二章NaYF4:Yb, Er上转换荧光纳米颗粒的制备

2.1前言

2.2实验部分

2.3实验结果与讨论

2.4本章小结

第三章NaYF4:Yb, Er上转换荧光纳米颗粒的表面修饰

3.1前言

3.2实验部分

3.3实验结果与讨论

3.4本章小结

第四章NaYF4:Yb, Er荧光纳米颗粒在生物检测中的应用

4.1前言

4.2 实验部分

4. 3实验结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢