[发明专利]二维石墨炔材料用于生物标志物荧光检测的非诊断目的的应用

说明书

本发明涉及二维石墨炔材料(单层或若干层)用于生物标志物荧光检测的非诊断目的的应用。具体而言，所述生物标志物包括疾病生物标志物小分子化合物、DNA、核酸适配子、蛋白质或肽链等生物分子。本发明通过采用所述二维石墨炔材料，可以大幅提高检测灵敏度并同时缩短检测时间，减少标本用量，降低测试费用，可同时实现多种生物分子的实时检测，对于流行性疾病(如流感)的防疫具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及2D纳米材料应用领域，尤其涉及一种二维石墨炔材料用于生物标志物荧光检测的非诊断目的的应用。

背景技术

敏感、快速、选择性高和低成本的生物分子分析检测平台对于疾病的临床诊断和治疗是很重要的。聚合酶链反应是一种典型的扩增和测序的方法，但其高成本、高风险和耗时长等特征使其难以作为实际应用体系广泛推广。近年来，生物检测的新技术、新方法不断涌现，包括尺寸可控的半导体量子点，荧光和多金属条码等检测体系，其中荧光染料标记的生物检测技术是最引人注目的。荧光诊断主要依靠荧光共振能量转移(FRET)原理通过荧光探针的荧光淬灭及显现实现目的分子的检测，由于其灵敏度高、选择性好，已成为用于生物分子检测的优选手段之一(文献：S.Tyagi,F.R.Kramer,Nat.Biotechnol.1996,14,303)。

随着荧光染料标记的生物检测技术研究的不断深入，该项技术应用的领域不断拓展到环境监测、药物发明、临床诊断、治疗和基因分析等多领域，但是由于检测材料的限制，该技术还存在以下主要问题：检测灵敏度低，检测时间长，无法实现多重目标的同时检测。

作为早期的二维纳米材料，研究发现石墨烯与核酸碱基的环结构之间具备远距离的能量转移，是很好的纳米淬灭材料，碱基和六边形的石墨烯通过π-π堆积形成较强作用力进而使探针碱基所带荧光染料淬灭。然而，双链DNA由于带负电荷的DNA的磷酸骨架对碱基的屏蔽效应，使DNA分子不能稳定吸附在材料表面，从而产生荧光的恢复。因此，通过对荧光淬灭和恢复的观测可以实现生物标记物的检出。这种单层二维纳米片层材料根据其对染料标记的单链DNA(ssDNA)吸附和荧光猝灭能力实现DNA与小分子检测的过程也得到了科学家的证明(文献：C.F.Zhu,Z.Y.Zeng,H.Li,F.Li,C.H.Fan,H.Zhang,J.Am.Chem.Soc.2013,135,5998.)。随后，WS₂和一些单层二维过渡金属硫化物纳米材料由于其潜在的应用潜力在生物检测领域得到了广泛的关注。

CN104762080A公开了一种石墨烯荧光化合物及其制备方法及该化合物在谷氨酸钠荧光检测领域的应用，其制备的石墨烯荧光化合物合成方法简单、条件温和、产物易得，在谷氨酸钠荧光检测时不受其它生物分子如氨基酸和糖类的影响，具有高选择性，在醇水中测试，操作方便，荧光强度高，在谷氨酸钠浓度低至0.5mg/L时能明显检出。CN103115903A公开了一种微量四环素类抗生素的荧光检测方法，其通过石墨烯分子信标的高选择作用，结合荧光分光光度计，获得石墨烯分子信标的荧光信号，可实现痕量四环素类抗生素的定量检测。

近年来研究发现，尽管石墨烯和石墨炔都是单层的碳原子，然而由于石墨炔是由1，3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构的全碳分子，其具有丰富的碳化学键，大的共轭体系、宽面间距(4.1913&Aring)，使其具有优良的化学稳定性和半导体性能。石墨炔特殊的电子结构使其在超导、电子、能源以及光电等领域都得到了很好的应用。例如CN103943373A公开了石墨炔材料在金属离子电池和超级电容器的电极材料中的应用，将其作为金属离子电池或超级电容器的负极材料使用，从而使金属离子电池和超级电容器获得了优良的电化学性能。CN101774570A公开了一种制备石墨炔薄膜的方法，并将该石墨烯薄膜用于制备电池、电极材料、场效应晶体管、催化材料或能源材料等领域。然而，目前并未发现将石墨炔用于荧光检测中的相关文献。

因此，如何将二维材料用于荧光检测体液中的疾病生物标志物，并大幅提高检测灵敏度并缩短检测时间，使其对流行性疾病的防疫具有突出优势的研究已成为目前亟待解决的问题。

发明内容