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具有熒光增強(qiáng)效應(yīng)的納米內(nèi)窺鏡用于小體積樣品檢測(cè)

來(lái)源: X-MOL 2017-06-26 11:41:54

單細(xì)胞內(nèi)的熒光分析和成像能夠?yàn)榱私饧?xì)胞功能、疾病機(jī)理、細(xì)胞與藥物的相互作用等提供豐富的信息。由于細(xì)胞內(nèi)待測(cè)物質(zhì)的含量非常低，往往需要對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行放大或增強(qiáng)。等離子增強(qiáng)熒光（Plasmon-enhanced fluorescence, PEF）或金屬增強(qiáng)熒光（Metal-enhanced fluorescence, MEF）能夠有效地增強(qiáng)金屬表面或納米顆粒附近的熒光強(qiáng)度，從而提高熒光傳感的靈敏度或成像質(zhì)量。然而，由于PEF的有效增強(qiáng)距離通常小于100 nm，而細(xì)胞的尺寸在微米級(jí)別，因此PEF只能增強(qiáng)細(xì)胞膜附近的熒光分子，無(wú)法提高細(xì)胞內(nèi)的分析靈敏度和成像質(zhì)量。為了解決這個(gè)問(wèn)題，清華大學(xué)陸躍翔助理教授與陳靖教授課題組發(fā)展了一種基于納米內(nèi)窺鏡的熒光增強(qiáng)模式，有望用于單細(xì)胞內(nèi)的熒光高靈敏檢測(cè)。

在前期工作中，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)制備了具有顯著熒光增強(qiáng)效應(yīng)的多孔金納米線。通過(guò)調(diào)節(jié)納米線上孔徑的尺寸可以有效地調(diào)節(jié)納米線的等離子體共振峰的波長(zhǎng)，使其與熒光染料Cy5的發(fā)射峰匹配。同時(shí)，納米線上均勻分布的孔道可以提高納米線表面“熱點(diǎn)”的密度，從而實(shí)現(xiàn)熒光增強(qiáng)效應(yīng)的顯著提高。研究發(fā)現(xiàn)，在單根多孔金納米線上，Cy5分子的熒光強(qiáng)度最大可以增強(qiáng)62倍，比光滑金納米線表面的熒光強(qiáng)度提高了8倍，是目前報(bào)道的在單根納米線上獲得的最高熒光增強(qiáng)倍數(shù)。相比于光滑金納米線，多孔金納米線的熒光背景顯著降低，有利于提高檢測(cè)的信噪比（Chemical Communications, 2016, 52, 1808-1811. Back cover）。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將這種具有顯著熒光增強(qiáng)效應(yīng)的單根多孔金納米線組裝到鎢針針尖上，構(gòu)建了具有熒光增強(qiáng)效應(yīng)的納米內(nèi)窺鏡。這種納米內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度為15微米，直徑為250納米，可以在光學(xué)顯微鏡下通過(guò)三維操作平臺(tái)進(jìn)行精確的操控和移動(dòng)。研究人員以溶菌酶為檢測(cè)對(duì)象，將納米內(nèi)窺鏡插入到微小液滴中，實(shí)現(xiàn)了微米深度溶菌酶的高靈敏檢測(cè)，空間分布率達(dá)到亞微米級(jí)。與基于光滑金納米線的納米內(nèi)窺鏡相比，檢測(cè)靈敏度提高了23倍。

這種基于單根多孔金納米線的納米內(nèi)窺鏡具有多種優(yōu)勢(shì)，使其有希望用于單細(xì)胞內(nèi)部高時(shí)空分辨的熒光分析和成像：納米線為具有較小直徑的圓柱體，并具有良好的生物相容性，可以降低對(duì)細(xì)胞的損傷；納米線上的熒光增強(qiáng)效應(yīng)可以提高檢測(cè)靈敏度；金表面易于修飾，可以發(fā)展多種檢測(cè)體系用于不同物質(zhì)的檢測(cè)。該研究成果近期發(fā)表在Analytical Chemistry 上，該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的大力支持。

分析化學(xué)

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