基于单个金纳米粒子探测的生物检测方法

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1、基于单个金纳米粒子探测的生物检测方法(申请清华大学理学博士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：朱亮指导教师：何永红教授二○一七年十一月BioassayMethodBasedonSingleGoldNanoparticleDetectionDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinPhysicsbyZhuLiangDi

2、ssertationSupervisor:ProfessorHeYonghongNovember,2017摘要摘要金纳米粒子以其易于合成修饰与优异的光学性质，受到了研究人员的广泛关注，并开发出了大量生物检测与成像方面的实际应用。本论文的主要内容是开发金纳米粒子的单粒子可辨识能力在超灵敏与均相快速生物检测中的应用，具体内容如下：（1）合成了两种应用最为广泛的金纳米粒子——金纳米球和金纳米棒，并进行了相关表征测量，为了进行精确的浓度测定，我们开发了一种基于静电限域的富集检测方法，使极低丰度的金纳米粒子也可绝

3、对定量。（2）开发了一种基于非共域富集的超灵敏生物检测方法，该方法以磁球为捕获基质，金纳米棒为单个分子的标记探针，通过磁球的筛选与分离功能实现了待检分子与金纳米棒的一对一取代，结合对金纳米棒的静电疏水限域富集检测，从根本上解决了传统的共域检测模式下无法避免的采样率低下问题，实际的DNA和蛋白检测中获得了极高的灵敏度。（3）开发了一类均相、快速、混合即测的高灵敏生物检测方法，其中一种是通过测量暗场图像中单个分散的金纳米棒与纳米棒聚集体（由待检分子诱导产生）的散射强度差异来实现，另外一种则是通过引入磁球与核

4、酸适配体使待检分子能以一对一的比例为金纳米棒所取代，通过测量金纳米棒的数目来进行定量。关键词：金纳米粒子；局域表面等离子体共振；单粒子探测；生物检测IAbstractAbstractGoldnanoparticlesareveryeasytoprepareandmodifyandexhibitexcellentopticalproperties.Therefore,theyhavebeenattractedawidespreadattentionbyresearchersandalotofpractic

5、alapplicationsinbioassayandimaginghavebeendeveloped.Themaincontentofthispaperistodeveloptheultrahighsensitiveandrapidhomogeneousbioassaybasedontheutilizationofsingle-countablegoldnanoparticle.Thedetailsareshownasfollows:First,twokindsofmostwidelyusedgold

6、nanoparticles-goldnanospheresandgoldnanorods-werepreparedandcharacterized.Toaccuratelymearsuretheconcentration,aenrichmentdetectionmethodbasedonelectrostaticconfinementwasdevelopedtoabsolutelyquantifythenanoparticleseveninextremelylowabundance.Second,weh

7、avedevelopedanovelultrahighsensitivebioassaymethodbasedonnon-colocationenrichment.Thismethodreliesthemagneticbeadstocapturetargetmoleculesandgoldnanorodstolabelthetargetmolecules.Thetargetmoleculesarereplacedbygoldnanorodsin1:1ratiousingmagneticscreening

8、andseparation.Combinedwiththeabsolutequantificationofgoldnanorods,theinevitablechallengeoflowsamplingrateintheconventionalin-situdetectionmodewassolved.WeappliedthismethodforthedetectionofDNAandproteinandobtainedultrahighs