DNA模板熒光金屬納米團簇的合成及應(yīng)用

背景介紹熒光金屬納米團簇的尺寸介于金屬原子和納米顆粒之間，特殊的結(jié)構(gòu)和尺寸賦予了金屬納米團簇一系列優(yōu)異的熒光特性，如熒光強度高、抗光漂白性能強、較大的斯托克斯位移。脫氧核糖核酸（DNA）由于其獨特的結(jié)構(gòu)和可設(shè)計的序列而成為合成金屬納米簇的理想模板。本文亮點1總結(jié)了DNA模板的金屬納米簇的制備、性質(zhì)和在生物傳感以及生物成像中的應(yīng)用;2討論了DNA模板的金屬納米簇的未來發(fā)展研究重點和前景。內(nèi)容介紹1

金屬納米簇的合成及其熒光性質(zhì)1.1

DNA模板的Ag納米團簇2004年，首次報道了在溶液中合成DNA-AgNCs，如圖2a所示，在加入NaBH4后，通過劇烈的振蕩，Ag+結(jié)合到DNA上，在沒有形成大的銀納米顆粒的情況下，被還原成水溶性熒光AgNCs。圖2

a.DNA模板的AgNCs合成的示意圖；b.5種不同ss-DNA-AgNCs的熒光性質(zhì)Fig.2

a.SchematicillustrationofthesynthesisofDNAtemplatedAgNCs;b.Fluorescencepropertiesoffivedistinctss-DNA-AgNCs1.2

DNA模板的Cu納米團簇與金、銀相比，銅的化學(xué)性質(zhì)更為活躍，這導(dǎo)致所形成的CuNPs更容易被氧化。因此，選擇合適的模板材料是合成CuNPs的關(guān)鍵。自從2010年發(fā)現(xiàn)ds-DNA可以支持CuNPs的合成（dsDNA-CuNPs）后（圖3a），熒光CuNPs引起了廣泛關(guān)注。a.ds-DNA；b.Poly（AT-TA）dsDNA；c.PolyTDNA圖3

不同DNA模板的CuNPs的示意圖Fig.3

SchematicillustrationoffluorescentDNAtemplatedcoppernanoparticlestemplatedbyvarious

2

DNA-MNCs在生物傳感器中的應(yīng)用2.1

核酸檢測DNA、mRNA或miRNA的異常表達與許多疾病有關(guān)。因此，靈敏度高、選擇性好的核酸檢測具有重要的醫(yī)學(xué)意義。發(fā)現(xiàn)AgNCs探針的熒光在與靶miRNA雜交后會減弱，并且熒光強度與復(fù)合鏈的序列有關(guān)（圖4a）。a.

基于miRNA對熒光AgNCs的猝滅現(xiàn)象的策略；b.AgNCs與靶輔助等溫指數(shù)擴增（TAIEA）技術(shù)相結(jié)合；c.dsDNACuNPs和RCR技術(shù)圖4

靶輔助等溫擴增檢測特異性miRNA的DNA-MNCs生物傳感器Fig.4

DNA-MNCsbiosensorsforspecialmiRNAdetectionbytarget-assistedisothermal2.2

蛋白質(zhì)檢測蛋白質(zhì)濃度和活性水平的監(jiān)測是細(xì)胞分子機制研究的重要組成部分。體液中蛋白質(zhì)的異常改變可以提示病理狀況的某些特征。2.3

小分子檢測生物活性小分子是生物體內(nèi)生物調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，包括小分子蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸及其衍生物、巰基和金屬離子，具有分子量小（<10kD）、結(jié)構(gòu)簡單、合成代謝快等特點。3

DNA-MNCs在生物成像和光熱療法中的應(yīng)用活細(xì)胞成像在疾病預(yù)防、臨床診斷和治療疾病的發(fā)病機制中具有重要作用。靈敏地檢測活細(xì)胞或癌細(xì)胞中的生物大分子對于早期診斷和監(jiān)測腫瘤轉(zhuǎn)移具有重要意義。基于AgNCs和熒光引導(dǎo)光熱療法（PTT）構(gòu)建了一種用于細(xì)胞表面聚糖無標(biāo)記成像的新型治療平臺，用AgNCs的熒光對細(xì)胞表面的聚糖進行成像，在808nm激光照射下，注射N-疊氮乙?；事短前?四酰基化（Ac4ManNAz）和DNA-AgNCs的小鼠腫瘤顯示出有效的消退（圖5a）。圖5

a.DNA-AgNCs在細(xì)胞表面聚糖熒光成像和熒光引導(dǎo)光熱療法中的示意圖；b.基于DNA-AgNCs/卟啉/MnO2的無標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)腫瘤相關(guān)Zn2+成像和熒光/MRI雙峰平臺引導(dǎo)PDTFig.5

a.SchematicrepresentationofDNA-AgNCsforfluorescenceimagingofcellsurfaceglycansandfluorescenceguidedphotothermaltherapy;b.Label-freeintracellulartumor-relatedZn2+

imagingandfluorescence/MRIbimodalplatform-guidedphotodynamictherapybasedonDNA-templatedAgNCs/porphyrin/MnO24

結(jié)論本文總結(jié)了3種DNA-MNFs（AgNCs、CuNPs和AuNCs）的合成、性質(zhì)和應(yīng)用方面的工作。盡管DNA-MNCs具有優(yōu)勢，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。DNA-MNCs面臨的挑戰(zhàn)主要是如何提高光穩(wěn)定性和熒光量子產(chǎn)率（QY）。解決這兩大難題后，DNA-MNCs在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用