[发明专利]一种核壳型纳米二氧化硅荧光探针及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种核壳型纳米二氧化硅荧光探针及其合成方法和应用。本发明核壳型纳米二氧化硅荧光探针是核壳结构的纳米颗粒，核壳结构包括如式(I)所示的内核荧光染料和如式(II)所示的外壳染料，纳米颗粒的结构如式(III)所示；本发明还公开了一种利用核壳型纳米二氧化硅荧光探针选育具有毒性芳烃降解活性微生物的方法，该方法建立了一套全新的基于化学荧光标记技术的微生物选育研究模式，可更高效、直观、特异地对单个细胞进行快速、高灵敏分析分选，能为功能微生物的高效选育提供新的工具，也能为功能微生物单细胞研究和未培养微生物的深入挖掘提供技术支撑，对于毒性芳烃污染物防治具有重大的实践意义和应用潜力。

技术领域

本发明属功能微生物选育技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核壳型纳米二氧化硅荧光探针及其合成方法和在功能微生物选育中的应用。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，人工合成的芳烃类化合物产量和种类与日俱增。这些化合物结构复杂、难以自然降解，对人类具有致癌、致畸等生物毒性，并且可以随着大气、水体、土壤、生物体等介质进行长距离迁移扩散，造成广泛的面源污染，严重威胁人类健康和生态安全。因此，芳烃类化合物的污染治理是生态环境保护的重大难题。

微生物是生态系统物质循环和能量转化的重要驱动者，具有把污染物降解为无毒无害产物的能力。利用微生物净化有毒有害物质，被认为是目前最有前景的环境污染治理手段。长期以来科学家从不同角度开展有机污染物微生物降解研究。随着微生物生理生态学分析检测技术的发展和应用，大量研究表明污染环境中广泛存在着可以利用自身酶系对毒性芳烃污染物进行降解的功能微生物。这些具有降解功能的微生物在污染环境的净化和修复过程中起着不可替代的作用，是加速芳烃污染物去除的重要力量。

分离选育芳烃污染物高效降解能力的微生物，是开展芳烃污染环境治理和修复，加速芳烃污染物去除的核心工作。传统平板分离筛选方法所获得的单个细胞的性状和功能需要在单个克隆增殖后以群体的形式体现从而导致其功能表征的滞后性和低灵敏性。而以群体形式存在的微生物细胞之间的异质性又导致其功能表征的不确定性，从而降低了筛选的准确性。而且，传统筛选方法只能对在特定培养基中生长较快的功能微生物进行筛选，对于难培养或生长较慢的微生物难以实现分析筛选。因此，在单个细胞水平实现对微生物功能活性的快速、准确地分析与追踪筛选是功能微生物高效选育的关键。

相较于传统的细胞功能代谢活性分析检测手段，如酶活的检测、代谢产物分析，荧光标记技术是一种快速、方便的生物分析手段。荧光激活细胞分选(流式细胞仪)可以对单个细胞进行快速、高灵敏度分析分选。但过去的菌株筛选研究中使用的荧光探针多是通用型的核酸探针，难以对微生物的功能活性进行追踪。利用纳米荧光探针追踪微生物，其定位性强，荧光物质不易泄露，这可以解决微生物功能细胞非特异追踪问题。利用荧光能量转移技术构建目标污染物纳米荧光探针，实现对单个功能细胞快速、准确地分析与追踪筛选，并且结合流式分选，建立高效直观、特异性追踪功能活性菌株的高通量筛选方法，将显著提高功能微生物分离选育的效率，不仅为功能微生物单细胞水平研究和未培养功能微生物资源的深入挖掘提供重要的技术支撑，也将为环境污染的微生物治理和修复提供宝贵的菌种资源。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中存在的上述不足，提供一种核壳型纳米二氧化硅荧光探针及其合成方法和在选育具有毒性芳烃降解活性微生物中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核壳型纳米二氧化硅荧光探针，其是核壳结构的纳米颗粒，所述核壳结构包括如式(I)所示的内核荧光染料Rod-X和如式(II)所示的外壳染料Methyl-S，所述纳米颗粒NP-2的结构如式(III)所示；

本发明还提供了核壳型纳米二氧化硅荧光探针的合成方法，其包括如下步骤：