单分子水平上的量子点荧光性质和生物芯片研究

论文摘要

单分子检测是最高灵敏度的一种检测方法,可对体系中单个分子的行为进行研究,是低物质含量监测技术中最后一个里程碑。量子点作为一种荧光标记物,与传统荧光染料相比,具有许多优良的光学性质,已在分子生物学、细胞生物学、蛋白质组学、医学等研究领域获得了广泛应用。单分子水平上的量子点的光学特性研究,能为进一步改善其光学性能提供思路,同时有助于更好的应用于各领域。比如,量子点在单分子水平微阵列芯片上的应用。传统的微阵列芯片对微量生物样品及低丰度基因的表达的检测,需要对样品进行扩增。单分子水平上的微阵列芯片技术不要求将目标分子放大扩增,可以实现高灵敏检测,能进一步提高基因芯片的检测灵敏度和定量准确性。本文主要针对单个量子点在水中与空气中荧光特性的差异及单分子水平上的微阵列芯片的定量开展研究。主要工作如下:(1)单个量子点在液固界面与气固界面中荧光特性的差异研究。以液固界面中量子点(即水溶液中量子点,简称湿样)和气固界面中量子点(即水被蒸发后的量子点,简称干样)为对象,对它们在光漂白,荧光强度,荧光间歇,光谱蓝移,荧光寿命五个方面进行了研究。实验结果表明:与湿样相比,干样量子点更耐漂白;荧光强度更强;荧光寿更短;“Blinking”频率更小,即干样量子点的幂律分布指数(αoff/αon)小。干样量子点的蓝移波长及蓝移速率比湿样的小;比较QD525/QD655与聚乙烯乙二醇(PEG)包裹的QD585的蓝移速率,发现QD525/ QD655的蓝移速率要大于量子点QD585,尤其是湿样;量子点蓝移波长的绝对值大小随量子点尺寸变大而增加。(2)单分子水平上的微阵列芯片定量研究。以通用汞灯激发的宽场荧光显微镜和电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)作为单分子微阵列芯片检测平台,用单分子计数的方法定量分析了miRNA微阵列芯片的miRNA的表达。考查了微阵列芯片中杂交阵列点的荧光斑的漂白步数,计算出分子的密度。对比商业化的荧光信号值,结果表明单分子定量方法用于微阵列芯片的定量研究可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 量子点的基本特性
• 1.1.1 量子点的概述
• 1.1.2 单个量子点的光学特性
• 1.2 单分子水平上的荧光成像
• 1.2.1 分子荧光与量子点荧光的发射原理
• 1.2.2 宽场单分子/单个量子点的荧光成像方法
• 1.2.3 单个荧光分子与单个量子点的判定
• 1.2.4 单分子水平上的荧光成像应用
• 1.3 单分子微阵列芯片
• 1.3.1 微阵列芯片的概述
• 1.3.2 微阵列芯片上的标记物
• 1.3.3 单分子微阵列芯片的研究进展
• 1.4 本论文的研究构想与主要内容
• 第2章 单个量子点在液固界面和气固界面处荧光特性的差异研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 单个量子点的荧光成像及判定
• 2.3.2 干样与湿样的光漂白差异
• 2.3.3 干样与湿样的荧光强度比较
• 2.3.4 干样与湿样的“Blinking”现象差异
• 2.3.5 干样与湿样的光谱蓝移差异
• 2.3.6 干样与湿样荧光寿命的差异
• 2.4 讨论
• 2.5 小结
• 第3章 单分子水平上的微阵列芯片定量研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 miRNA 微阵列芯片的探针设计与扫描
• 3.3.2 单分子miRNA 微阵列芯片成像
• 3.3.3 微阵列芯片杂交点内miRNA 分子个数的计算
• 3.3.4 单分子成像平台与商业化平台的定量比较
• 3.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及专利目录
• 附录B 几种量子点的吸收与发射光谱图及结构图
• 附录C 三种量子点的信号强度与背景强度比较图
• 附录D microRNA 的芯片特征
• 致谢