随着纳米技术和纳米材料不断进步和发展,从零维到三维,出现了越来越多的新型纳米材料。谷胱甘肽包裹修饰的AuNPs（GS-AuNPs）是一种超小的荧光发光贵族金属纳米颗粒,其粒径大约为2.5 nm,与以往的AuNPs的区别在于,GS-AuNPs存在着两个荧光发射中心,其荧光波长和强度可调,拥有较大的斯托克斯位移,同时抗光漂白能力非常强,纳米颗粒尺寸超小,无毒,生物相容性好,这些优点促使AuNPs在生物小分子、重金属离子、酶、核酸等生物传感和生物成像方面得到广泛的应用和发展。本论文以灵敏度高、选择性好、响应速度快、性价比高、操作简单方便的荧光检测方法为基础,以GS-AuNPs作为荧光探针,在生物传感领域开展了以下几个方面的研究工作:1.基于双发射荧光超小金纳米颗粒自身的电子转移性质,构建了一种新型的比率型生物传感分析方法用于农药残留检测。本论文中所使用的超小金纳米颗粒在800 nm处拥有相对较高的荧光强度,而同时在600 nm处拥有相对较低的荧光强度,而这种具有不同荧光强度的双发射荧光金纳米颗粒也是第一次被成功合成。此外值得一提的是,巯基化合物导致金纳米颗粒的荧光双发射峰发生完全相反的变化,导致800 nm处荧光减弱,600 nm处荧光增强。因此,在加入乙酰胆碱酯酶（AChE）水解硫代乙酰胆碱以后,所产生的巯基水解产物能够与金纳米颗粒共价结合,从而导致双发射峰荧光强度向两个相反的方向变化;然而,当加入农药作为AChE抑制剂以后,AChE活性被抑制,几乎不能产生硫代胆碱产物,从而导致金纳米颗粒的荧光强度无法发生明显的变化。该生物传感体系对于农药的检测具有高的灵敏度,其对于涕灭威和毒死蜱两种农药的最低检测限分别为0.2 nM和0.07nM,因此,这一简单方便的方法非常适用于AChE的活性研究和农药残留检测,甚至能够用于复杂样品中的农药残留的检测。2.基于胰蛋白酶的稳定性及价格优势,进一步发展了双发射荧光金纳米颗粒用于蛋白酶活性检测和农药检测的生物传感体系。本文中所用金纳米颗粒拥有更高的F₈₀₀/F₆₁₅荧光比值,加入胰蛋白酶和带负电荷的底物多肽以后,金纳米颗粒的荧光强度往两个完全相反的方向变化;然而,加入农药作为胰蛋白酶的抑制剂以后,酶活性被抑制,无法产生带巯基的短肽,导致金纳米颗粒荧光变化不明显,因此,该生物传感体系能够用于农药残留的检测。3.大部分的荧光分子信标一般都使用有机分子或者纳米材料作为其荧光的猝灭剂,但是许多的过渡金属离子也有很好的荧光猝灭效果,能够成为一种非常小的荧光猝灭剂,比如Cr³⁺,与其他金属离子不同,Cr³⁺的配体交换速率非常小,可与DNA形成稳定的复合物。基于铬离子强的荧光猝灭能力,开发了一种铬离子位点特异性标记于DNA上的新型分子信标。通过对盐浓度、pH以及铬离子浓度进行调节,分别对铬离子猝灭dsDNA和ssDNA的荧光效率进行动力学测试,旨在验证铬离子与ssDNA反应的特异性。此外,通过ATP竞争实验,加深了对反应机理的理解,并且,通过设计一条部分互补序列和含有G碱基的“悬臂”结构,对铬离子结合DNA的特异性序列和长度进行优化,用于合理的设计分子信标,由此而得到的分子信标不仅其检测限低至0.3 nM,还可以用于区分核酸单碱基的错配,效率高达22倍。因此,这样的金属离子-核酸复合物不仅能用于开发生物传感器,还能用于构建开发新型材料,潜力极大。