本发明专利技术涉及一种基于化学发光共振能量转移原理构建生物纳米器件的方法，这种纳米器件由过氧化物酶和能量受体荧光量子点组成。以一种基于化学发光共振能量转移原理发光的碲化镉（或硒化镉或碲化汞镉）荧光量子点为核心，以共价键将荧光量子点与过氧化物酶连接而成。这种生物纳米器件具有良好的水溶性和稳定性，发射波长可调。它不需要外加激发光源，背景干扰小，通过化学发光共振能量转移产生强的光信号。这种生物纳米器件的表面含有多个氨基和羧基，易于与各种探针分子共价连接，主要用于生物分子的检测和示踪，进行细胞和组织成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于化学发光共振能量转移(chemiluminescence resonanceenergy transfer，CRET)原理构建生物纳米器件的方法，主要用于生物分子的标记检测和示踪，进行细胞、组织和活体成像，属于生物分子纳米器件制备的
技术介绍
荧光量子点(quantum dots，QDs，又称纳米晶体)是一类非常重要的功能纳米材料，它是一种由II族-VI族或III族-V族元素组成的无机纳米颗粒。当这些半导体纳米晶体的直径小于其玻尔半径时，由于尺度量子效应和介电限域效应使它们表现出特殊的光致发光性质。目前，荧光量子点已成功地用于生命科学中的各个领域，主要包括免疫分析、DNA杂交、活细胞和固定细胞成像等。由于荧光量子点优异的光学性能和光化学稳定性，最近它作为能量供体和受体已成功地应用于荧光共振能量转移。量子点作为荧光共振能量转移的能量供体和受体主要用于分析量子点-蛋白质标记物结构、量子点-蛋白质感应组装、光反应变色转换、光动力学医学治疗以及DNA复制和聚合反应的监测等方面。梅耶等人制备了发光无机纳米粒子(克里斯蒂亚娜·梅耶；马库斯·哈泽；维尔纳·霍艾泽尔；克斯廷·博曼，适于(F)RET-分析的芯/壳纳米粒子，专利公开号；CN1780895，2006年)，这些粒子可用于荧光共振能量转移生物分析中。王博士等人(Shaopeng Wang，S.P.；Mamedova，N.；Kotov，N.A.；Chen，W.；Studer，J.Antigen/Antibody Immunocomplex from CdTe Nanoparticle Bioconjugates，NanoLett.2002，2，817-822.)将发射波长为611纳米的红色量子点与牛血清白蛋白(BSA)相连，555纳米的绿色量子点与抗牛血清白蛋白抗体(IgG)相连，当二者形成免疫复合物时，红色量子点荧光增强，绿色量子点荧光相应减弱，这是因为抗原、抗体发生免疫反应时，使两种量子点靠得足够近，产生了共振能量转移。除了用于免疫分析和其他特异性结合分析外，应用共振能量转移原理，量子点在生物传感器方面的研究更是方兴未艾。Medintz等人(Medintz，I.L.；Clapp，A.R.；Mattoussi，H.；Goldman，E.R.；Fisher，B.；Mauro，J.M.Self-assemblednanoscale biosensors based on quantum dot FRET donors.Nat.Mater.2003，2(9)630-638.)以硒化镉量子点为能量供体，应用麦芽糖结合蛋白作为生物识别物质，设计了浓度型麦芽糖传感器。由于荧光共振能量转移分析系统结构复杂，仪器价格昂贵，同时生物体内自身荧光会产生的干扰，其应用受到一定的限制。另外目前生物发光和化学发光的波长位于可见光谱区(一般450-560纳米)，由于动物组织的吸收，难以透过动物组织。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，制备的这种生物纳米器件具有良好的水溶性和稳定性，不需要外加光源，发光波长可调，可用于生物分子的标记检测和示踪，进行细胞和组织成像。本专利技术构建的生物纳米器件由辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase，HRP)和能量受体荧光量子点构成。本专利技术所述的荧光量子点结构特征所述的作为能量受体的纳米粒子为水相合成不同尺寸的巯基化合物修饰的水溶性碲化镉(CdTe)，硒化镉(CdSe)和碲化汞镉(CdHgTe)，其发射波长位于500-900纳米，量子产率大于20％，其表面修饰有多个羧基(-COOH)或氨基，用于与蛋白质如辣根过氧化物酶共价连接。本专利技术的方法具体包括如下步骤第一步，碲(硒)氢化钠的制备将碲(硒)粉、硼氢化钠和超纯水放在烧瓶中反应。其中，碲(硒)粉和硼氢化钠的摩尔比为1∶4至4∶1。经过5-12小时的反应，黑色的碲(硒)粉逐渐消失，烧瓶底部出现白色的硼酸钠沉淀。小心的将烧瓶中的上层清液转移至装有已经除过气的超纯水中的烧瓶中，制备得到碲(硒)氢化钠溶液。第二步，采用水相合成法制备一定量不同尺寸的水溶性碲(硒)化镉量子点或碲化汞镉量子点。(1)将0.00001-0.1摩尔/升氯化镉和水溶性巯基化合物混合配成溶液，用氢氧化钠溶液调节pH值至8.0-10.0，通氮气除氧三十分钟后，在剧烈的搅拌并在氮气保护下，注入碲(硒)氢化钠溶液，形成碲(硒)化镉单体溶液。加入的二价镉离子∶碲(硒)氢化钠∶水溶性巯基化合物的摩尔比为2∶1∶4至2∶1∶8，控制反应温度70-140℃，反应时间0.5-20小时，得到发光范围在500到730纳米的一系列碲化镉量子点水溶液或发光范围在460到550纳米的一系列硒化镉量子点水溶液。(2)以水为溶剂，将浓度为0.00001-0.1摩尔/升水溶性镉盐和汞盐与水溶性巯基化合物混合，调节pH为7.0-12.0，其中镉盐与汞盐的摩尔比为1∶50至1∶5，镉盐和汞盐总量与水溶性巯基化合物的摩尔比为1∶5至2∶1。然后，注入按步骤1方法配制好的碲氢化钠溶液，镉盐和汞盐的总量与碲氢化钠的摩尔比为10∶1至1∶4，得到CdHgTe单体。取CdHgTe单体放入微波反应器，通过调节反应温度80-140℃和反应时间5分钟-10小时，得到发光位置在600-900纳米的碲化汞镉量子点水溶液。第三步，将水溶性碲(硒)化镉量子点或碲化汞镉量子点与过氧化物酶以共价连接，得到生物纳米器件。将0.001-5毫克/毫升水溶性碲(硒)化镉量子点或碲化汞镉量子点，过氧化物酶和乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)于缓冲液中混合均匀，所述缓冲液为0.01摩尔/升的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0。水溶性碲(硒)化镉量子点或碲化汞镉量子点、乙基碳二亚胺盐酸盐和过氧化物酶摩尔比为1∶1000∶0.1至1∶1000∶5，混合溶液于常温下避光反应2-4小时，得到所需的生物纳米器件。本专利技术建立一种基于化学发光物质为能量供体和荧光量子点为能量受体的新型共振能量转移系统，即化学发光共振能量转移，它与生物发光共振能量转移较为相似。化学发光共振能量转移是指基于反应底物氧化后的化学发光试剂供体和适合的受体间的非辐射共振能量转移。它与荧光共振能量转移之间的区别主要在于荧光共振能量转移过程需要外加的光源，而化学发光共振能量转移基于反应底物(如鲁米诺，luminol)氧化而产生，不需要外加光源，背景干扰小，具有高的灵敏度。本专利技术的方法成本低，操作简便，条件温和。制备的生物纳米器件水溶性和稳定性好，具有化学发光共振能量转移效应，发光效率高，发光范围可调等特点，主要用于生物分子的标记检测和示踪，进行细胞和组织成像。附图说明图1.基于化学发光共振能量转移原理发光的生物纳米器件示意图。图2.分别用不同尺寸的碲化镉量子点为能量受体的免疫纳米器件化学发光共振能量转移谱图，所用量子点发光波长分别为557纳米，587纳米，622纳米和657纳米。具体实施例方式以下结合附图并通过几个具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。本专利技术制备的生物纳米器件结构如图1所示，由过氧化物酶和能量受体荧光量子点组成。在图1中，催化剂过氧化物酶与碲化镉量子点连接，而鲁米诺-化学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于化学发光共振能量转移原理构建生物纳米器件的方法，其特征在于包括如下步骤：１）将碲／硒粉、硼氢化钠和超纯水放在烧瓶中反应，其中碲／硒粉和硼氢化钠的摩尔比为１∶４至４∶１，反应５－１２小时后，将烧瓶中的上层清液转移至装有已经除过 气的超纯水中的烧瓶中，制备得到碲／硒氢化钠溶液；２）将０．００００１－０．１摩尔／升氯化镉和水溶性巯基化合物混合配成溶液，用氢氧化钠溶液调节ｐＨ值至８．０－１０．０，通氮气除氧三十分钟后，在搅拌并在氮气保护下，注入碲／硒氢化钠溶液， 形成碲／硒化镉单体溶液；加入的二价镉离子：碲／硒氢化钠：水溶性巯基化合物的摩尔比为２∶１∶４至２∶１∶８，控制反应温度７０－１４０℃，反应时间０．５－２０小时，得到发光范围在５００到７３０纳米的碲化镉量子点水溶液或发光范围在４６０到５５０纳米的硒化镉量子点水溶液；或者，以水为溶剂，将浓度为０．００００１－０．１摩尔／升水溶性镉盐和汞盐与水溶性巯基化合物混合，调节ｐＨ为７．０－１２．０，其中镉盐与汞盐的摩尔比为１∶５０至１∶５，镉盐和汞盐的总量与水溶性巯基化合物的摩尔比为１∶５至２∶１，然后，注入按步骤１）方法配制的碲氢化钠溶液，镉盐和汞盐的总量与碲氢化钠溶液的摩尔比为１０∶１至１∶４，得到ＣｄＨｇＴｅ单体；取ＣｄＨｇＴｅ单体放入微波反应器，调节反应温度为８０－１４０℃，反应５分钟－１０小时后，得到发光位置在６００－９００纳米的碲化汞镉量子点水溶液；３）将０．００１－５毫克／毫升水溶性碲／硒化镉量子点或碲化汞镉量子点、过氧化物酶和乙基［３－（二甲胺基）丙基］碳二亚胺盐酸盐于缓冲液中混合均匀，所述缓冲液为０．０１摩尔／升的磷酸盐缓冲液，ｐＨ值 为７．０，水溶性碲／硒化镉量子点或碲化汞镉量子点、乙基［３－（二甲胺基）丙基］碳二亚胺盐酸盐和过氧化物酶的摩尔比为１∶１０００∶０．１至１∶１０００∶５，混合溶液于常温下避光反应２－４小时，得到所需的生物纳米器件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任吉存，黄香宜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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