[发明专利]基于表面等离子体增强能量转移生物传感器的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料制备及光谱应用技术领域，特别是一种基于表面等离子体增强能量转移的生物传感器的构建方法。

背景技术

生物传感器是指接近分子尺寸、在与被分析物相互作用时能够给出实时信号的一种生物化学分析器件。生物传感器具有体积小、成本低、不需要预处理以及不受外界电磁场影响等优点，近年来被广泛应用于生命科学、材料科学和医学等研究领域，科技进步要求生物传感器的发展趋势为：更高的灵敏度和更低的检测限、更好的选择性和更少的物质干扰、更高的准确度和更好的精密度、更完善可信的形态分析、更高的分析速度和自动化程度、更小的样品量实施微损或无损分析、实施原位(in situ)、活体(in vivo)、实时(real time)和在线(on line)分析、分析器件小型化、微型化和智能化等。

基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器已被广泛研究，荧光共振能量转移是指当一对合适的物质构成一个能量供体(donor)和能量受体(acceptor)对时，两者相隔距离在1.0-10.0纳米内，并且供体的发射光谱与受体的吸收光谱能有效地重叠，以供体的激发光激发，供体分子由基态跃迁到激发态之后，由于偶极-偶极相互作用，供体分子激发态能量hν就有可能以非辐射的形式有效地被传递至受体分子，而后受体分子通过发射出光子而弛豫，即发生荧光共振能量。荧光共振能量转移作为1.0-10.0纳米距离范围内的光学“分子尺”，具有高分辨率、高灵敏度，简单方便等优点，被越来越广泛地应用于核酸检测、免疫分析以及生物大分子相互作用的研究中。

贵金属纳米团簇是指在一定的分子层保护下，由几个到几百个贵金属（金或银）原子组成的相对稳定的聚集体。目前，利用模板法、单分子层保护法或配体蚀刻法，采用硫醇、树枝状聚合物、DNA、蛋白质等保护剂或模板剂可合成水溶性好、发光颜色可调的贵金属纳米团簇。贵金属纳米团簇直径通常小于2纳米，介于单原子和纳米粒子或者大体积的贵金属之间。该尺度接近电子的费米波长，此时，连续的能态性质分裂为离散的能态，并出现类似分子的尺寸依赖效应。当电子从价带(5d¹⁰)激发到导带(6sp¹)时，贵金属纳米团簇可在可见区到近红外区范围内显示出尺寸依赖的荧光性质。与小分子荧光染料和荧光蛋白相比，荧光贵金属纳米团簇材料用作荧光探针具有光物理性质好、比表面积大、抗光漂白、生物相容性好、表面易于修饰以及荧光性质可调等优点，在化合物检测、生物传感与成像、光电子学和纳米医学等领域具有巨大应用前景。

尽管基于荧光共振能量转移的生物传感器的应用较为成熟，但是由于其特有的能量转移有效距离（1.0-10.0纳米）使得在设计能量转移体系时需要复杂的表面功能化和供体受体之间化学键和步骤，导致开发新型、高效的生物传感器受到了较大限制。本方法旨在提供一种基于表面等离子体增强能量转移（SPEET）的生物传感器构建方法，这种新颖的能量转移模式是借助贵金属的表面等离子体性质显著增强体系内供体和受体之间的能量转移效率并且扩大了能量转移的有效距离（22纳米），使得基于表面等离子体增强能量转移设计的生物传感器更加灵活实用。同时引入荧光金纳米团簇和金纳米粒子分别作为供体和受体，使得生物传感器的定量方法更加灵敏和准确。实验合成的蛋白质包覆的金纳米团簇的最大激发波长在520纳米，最大发射波长在690纳米，巯基乙胺修饰的金纳米粒子最大吸收波长在520纳米，金纳米团簇的最大激发波长和金纳米粒子的最大吸收波长发生重叠，并且在缓冲介质中由于表面正负电荷发生静电吸附作用使得两者距离拉近，这两点即作为表面等离子体增强能量转移的必要条件。将蛋白质包覆的金纳米团簇和巯基乙胺修饰的金纳米粒子混合，两者发生表面等离子体增强能量转移使得体系荧光猝灭，当有肝素钠存在时，由于肝素钠较大的负电荷密度使得带正电的巯基乙胺修饰的金纳米粒子发生聚集而使其最大吸收波长红移，同时肝素钠聚合长链的分子构型拉远了巯基乙胺修饰的金纳米粒子和蛋白包覆的金纳米团簇之间的距离，从而打破表面等离子体增强能量转移使得体系荧光恢复。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种基于表面等离子体增强能量转移生物传感器的构建方法，该构建方法同时引入荧光金纳米团簇和金纳米粒子分别作为供体和受体，使得生物传感器的定量方法更加灵敏和准确。

本发明的技术方案：

一种基于表面等离子体增强能量转移生物传感器的构建方法，步骤如下：

1）蛋白质包覆的荧光金纳米团簇的制备：