[发明专利]一种金纳米棒表面温度的测量方法、利用其构建的热传输装置及应用

说明书

本发明提供一种金纳米棒表面温度的测量方法、利用其构建的热传输装置及应用。所述测量方法为：将DNA探针通过金硫键连接到金纳米棒表面，而后分散于碱性缓冲液中，再使用激光进行加热；所述DNA探针从金纳米棒表面释放并发出荧光，检测DNA探针的荧光强度，并根据所述荧光强度计算得到金纳米棒的表面温度。本发明利用金硫键的不稳定性来测量金纳米颗粒周围的纳米局域温度，并构建了金纳米棒表面温度场的热传输装置，同时通过该装置能够设计DNA探针的间隔区和反应区长度并进行核酸扩增；利用所述方法能够显著降低PCR反应体系的体积，极大的提高核酸扩增过程中升降温速率，减少扩增反应所需要的时间。

技术领域

本发明属于核酸扩增及检测领域，具体涉及一种金纳米棒表面温度的测量方法、利用其构建的热传输装置及应用，尤其涉及一种金纳米棒表面温度的测量方法、金纳米棒表面温度场的传热装置和基于纳米局域加热的核酸扩增方法。

背景技术

核酸扩增检测(nucleic-acid amplification tests，NAATs)已经在生物医学领域广泛应用，成为诊断癌症、病毒和细菌感染、食品安全检测和环境监控不可缺少的检测方法。在核酸检测领域中，聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)技术由于其高度的敏感性和特异性，以及操作方便等特点，已经成为NAATs的金标准。

PCR技术需要进行不同温度之间的热循环，所以如果将PCR反应仪器化，就需要仪器的加热部件有较快的升降温速率，而传统PCR仪通常利用金属块进行加热与冷却，升降温速率相对较低，导致扩增时间较长。现有商用PCR仪升降温速率在5℃/s；现已报道的超快PCR通常使用光热纳米材料作为能量转换器来加热整个PCR溶液，但是与商用PCR设备相比，对于加热速率的改善有限(通常10倍)，而冷却速率的提高可忽略不计。

作为核酸检测的金标准，传统PCR技术因其较低的升降温速率而引起的较长的扩增时间，已经不能满足日益扩大的核酸检测需求。因此，亟需开发一种具有快速升降温速率的快速核酸检测方式。

目前，常用的快速升降温技术有转盘式连接加热、微波加热以及光驱动加热等，其中转盘式加热虽然能让PCR体系快速进入到制定温度的环境内，但仍需要耗时的表面加热的热传递过程；微波加热能够对PCR体系进行快速的加热，但很难进行温度控制且依赖微波仪器；而光驱动加热虽然能直接对PCR体系进行体加热，但由于对高浓度光热纳米材料和高强度照射光的依赖，也限制了它的应用。通过等离子体光热效应进行纳米局域加热已被用于控制化学反应或释放结合在金纳米颗粒表面上的DNA等方面。

然而，目前尚没有通过在金纳米粒子(Nanoparticles)周围进行纳米局域加热的核酸扩增方法被报道。第一个原因是核酸扩增需要精确测量和控制金纳米颗粒周围的纳米局域温度，第二个原因是核酸扩增很难被限制在金纳米颗粒周围的纳米局域环境中。

因此，如何测量和控制金纳米颗粒周围的纳米局域温度，同时将核酸扩增限制在金纳米颗粒周围的纳米局域环境中是本领域亟需解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种金纳米棒表面温度的测量方法、利用其构建的热传输模型及应用。所述测量方法能够准确测量金纳米颗粒周围的纳米局域温度，解决了如何测量和控制金纳米颗粒周围的纳米局域温度的问题。同时，利用构建的热传输模型，设计具有间隔区和反应区的DNA探针，解决了如何将核酸扩增限制在金纳米颗粒周围的纳米局域环境的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种金纳米棒(AuNRs)表面温度的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

将DNA探针通过金硫键(Au-S)连接到金纳米棒表面，而后分散于碱性缓冲液中，再使用激光进行加热；所述DNA探针从金纳米棒表面释放并发出荧光，检测DNA探针的荧光强度，并根据所述荧光强度计算得到金纳米棒的表面温度。