熒光標記的核酸功能化金納米探針結合了納米材料與核酸技術的優(yōu)勢,具有增強的穩(wěn)定性、良好的生物相容性、獨特的光學性質及精確的可編程性,開辟了活細胞傳感的新紀元.信號放大型的核酸功能化金納米探針在原位檢測含量較低但功能強大的RNA、蛋白質等生物標志物方面尤其表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢.本文從活細胞成像分析的角度,重點介紹了熒光標記的核酸功能化金納米探針的性質、設計原理及應用進展. 

【文章來源】：中國科學:化學. 2020,50(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

FRET納米探針用于活細胞內pH值的傳感[76].(a)雙熒光團標記的i-motif納米探針的原理圖.(b)不同pH值介質中的HeLa細胞的共聚焦圖片(網絡版彩圖)

分裂式DNA酶(split DNAzyme)是DNAzyme的一個分支,包含一些局部酶片段,這些片段本身都沒有活性,但可以在目標物或其他物質的推動下進行組合.組裝后的分裂式DNAzyme具有催化活性,能夠識別并切斷底物鏈.與經典的DNAzyme相比,分裂式DNA酶具有更高的通用性和功能性.最近,Wang等[84]設計了一種基于分裂式DNAzyme的AuNP/DNA探針,用于活細胞內miRNA的熒光成像(圖6(a)).兩條分裂式DNA-zyme片段分別與AuNP表面的底物鏈雜交,底物鏈上標記的熒光團被淬滅.目標miRNA能夠輔助上述功能性核酸鏈形成活性二級結構,催化基底鏈斷裂,輸出熒光信號.同時,被釋放的miRNA會自動轉移到臨近的DNAzyme片段上,不斷循環(huán)作用產生放大的熒光信號.適配體(aptamer)與DNA酶(DNAzyme)嵌合產生了一類新型的核酸酶分子,稱為適體酶(aptazyme).其中,適配體區(qū)域的目標物識別事件可以轉化成DNA酶的激活,進而產生可檢測的光學信號.2016年,Wang等[10]報道了第一個用于活細胞內ATP傳感的AuNP/aptazyme納米復合物.如圖6(b)所示,aptazyme與ATP的特異性結合促進了DNA活性二級結構的形成.活化后的aptazyme在Mg2+的輔助下催化底物鏈斷裂,進而導致標記有熒光團的底物鏈片段與aptazyme鏈解鏈,并遠離AuNP表面.被釋放的活性aptazyme鏈可以進一步催化其他基底鏈斷裂,實現(xiàn)了熒光信號的擴增.實驗結果表明,aptazyme功能化的金納米探針具有更高的靈敏度,檢測限比基于aptamer的傳統(tǒng)型ATP傳感器高出2～3個數(shù)量級.目前,基于DNAzyme催化擴增的核酸納米探針已經被廣泛用于活細胞內金屬離子[81,85,86]、RNA[83,87,88]、蛋白質[89]、小分子[10]等多種分析物的靈敏成像與檢測.

核酸功能化金納米探針進行生物傳感和成像的前提是,它們能夠在細胞和血液等復雜環(huán)境中保持穩(wěn)定.首先,探針必須在酶和核酸酶環(huán)境中穩(wěn)定存在足夠長的時間,這樣才有可能實現(xiàn)預期的功能.多項研究表明,修飾在金納米結構表面的DNA分子比自由的DNA分子具有更好的核酸酶抗性,探針被降解的程度在可接受的范圍之內[41,53～55].Mirkin課題組[56]和Olvera de la Cruz課題組[57]都對這一現(xiàn)象的原理進行了研究,他們認為局部高鹽、DNA周圍高濃度的二價離子以及DNA被限制在金納米顆粒表面等因素共同導致酶促降解效率的下降.此外,Au–S鍵的穩(wěn)定性也是需要研究的重要內容,因為探針中的Au–S鍵可能遭受生物體內硫醇類物質(如谷胱甘肽等)的置換.Wang等[58]用熒光法研究了GSH對AuNP/DNA探針Au–S鍵穩(wěn)定性的影響.結果顯示,在12 h內,AuNP表面的DNA鏈被非特異性釋放的速度非常緩慢.而Mirkin等[53]的研究表明,即使探針與較高濃度的GSH孵育48 h,仍然有超過60%的DNA鏈穩(wěn)定地連接在金納米顆粒表面.


本文編號：3265294