體內(nèi)一些生物分子和離子的水平通常與細(xì)胞、組織、器官等結(jié)構(gòu)和功能的變化相關(guān),從而直接影響到疾病的預(yù)防、診斷和治療,因此對體內(nèi)這些物質(zhì)的生物檢測在醫(yī)療和健康領(lǐng)域具有重要的意義.基于稀土基納米材料構(gòu)建的納米熒光探針具有靈敏度高、簡單高效、抗干擾能力強等優(yōu)點,在生物檢測方面具有巨大的潛力.對稀土基納米材料的核酸功能化能夠進(jìn)一步為納米熒光探針提供更好的特異性識別能力和生物相容性,從而增強其在復(fù)雜樣品中的生物檢測能力.本綜述總結(jié)了核酸功能化的稀土基納米材料作為納米熒光探針在生物檢測領(lǐng)域的研究進(jìn)展,簡要介紹了其主要種類和性能、檢測機理及檢測物質(zhì),最后對該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望. 

【文章來源】：化學(xué)學(xué)報. 2020,78(11)北大核心SCICSCD

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【部分圖文】：

典型的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理圖:(a)激發(fā)態(tài)吸收(ESA);(b)能量傳遞上轉(zhuǎn)換;(c)光子雪崩[25].

稀土基MOFs是一種新型多孔材料,由稀土離子/簇和多齒有機連接基通過配位作用組裝而成.MOFs通常具有可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)與功能,較大的比表面積和高度有序的多孔結(jié)構(gòu),這些特點使其廣泛應(yīng)用于氣體吸附與分離、催化、傳感、藥物遞送和質(zhì)子傳導(dǎo)等領(lǐng)域[32].由于稀土離子通常通過能量/電子轉(zhuǎn)移過程被周圍的配體激發(fā),稀土基MOFs中的有機配體在吸收激發(fā)光的能量后,通過非輻射過程把能量轉(zhuǎn)移到稀土離子,從而可以產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象.因此,以稀土離子為金屬節(jié)點的MOFs在光學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸成為了研究的熱點[14,33].由于結(jié)構(gòu)和功能的可調(diào)性,通過對稀土基MOFs中的稀土離子和有機配體的調(diào)節(jié)設(shè)計的稀土基MOFs具有良好的發(fā)光特性[34].2007年,Rieter和同事[35]首次證明了稀土基MOFs可以用于二吡啶酸的檢測,表明了稀土基MOFs在構(gòu)建納米熒光探針并應(yīng)用于生物檢測領(lǐng)域的潛力.此外,作為納米熒光探針發(fā)光基團(tuán)的稀土基MOFs還具備增強納米熒光探針發(fā)光強度、降低檢測限的特點.該特點主要來源于以下兩個原因:其一,由于稀土離子嵌入MOFs高度有序的有機配體框架中避免了由于聚集引起的自猝滅,從而使稀土基MOFs的發(fā)光增強[36].其二,稀土基MOFs的高比表面積能夠?qū)崿F(xiàn)核酸適配體的高負(fù)載,從而顯著增加與靶標(biāo)物結(jié)合的有效活性位點的數(shù)量,促進(jìn)核酸適配體與靶標(biāo)物結(jié)合的效率,達(dá)到降低納米熒光探針的檢測限的效果,使納米熒光探針的傳感性能得到提升[14].總之,基于稀土基MOFs設(shè)計的納米熒光探針在生物檢測領(lǐng)域具有巨大潛力,并在提升納米熒光探針性能方面有著獨特的優(yōu)勢.3 核酸功能化稀土基納米材料設(shè)計納米熒光探針的策略

在這種模式的策略下,核酸適配體兩端通常連接熒光供體和受體,并且兩者的相對位置可以決定熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)效率,從而改變稀土基納米材料的發(fā)光效果.基于此,鞠熀先課題組[39]通過對核酸適配體兩端連接的熒光供體稀土基PLNPs和受體分子異硫氰酸熒光素(FITC)距離的控制,成功實現(xiàn)了稀土基PLNPs和FITC之間時間分辨熒光共振能量轉(zhuǎn)移(TR-FRET)效率的轉(zhuǎn)變.該設(shè)計原理基于FITC的熒光壽命比延遲時間(脈沖激發(fā)光到信號采集之間的一段時間)短從而熒光得到了有效抑制的原理,利用核酸適配體對靶標(biāo)物特異性結(jié)合后,其結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)換從而拉近了稀土基PLNPs與FITC的距離,使得稀土基PLNPs最大發(fā)射波長和FITC最大激發(fā)波長的重疊并導(dǎo)致TR-FRET效率增強(圖3).他們進(jìn)一步將FITC標(biāo)記的核酸適配體對稀土基PLNPs進(jìn)行功能化構(gòu)建了納米熒光探針,成功實現(xiàn)了血小板源生長因子的生物檢測.此外,靶標(biāo)物與核酸適配體特異性結(jié)合產(chǎn)生的穩(wěn)定三維構(gòu)象也會導(dǎo)致核酸適配體性能的變化.張志琪研究團(tuán)隊[40]首次證明了ATP與核酸適配體形成的G-四鏈體比核酸適配體單鏈對金納米粒子(Au NPs)的穩(wěn)定性更強,能夠防止Au NPs在高鹽濃度下的聚集.在此基礎(chǔ)上,尤進(jìn)茂團(tuán)隊[12]以Au NPs作為Tb摻雜的MOFs (Tb-MOFs)的猝滅劑,進(jìn)一步利用了團(tuán)聚和分散情況下的Au NPs對Tb-MOFs的熒光猝滅效果的差距設(shè)計了用于檢測ATP的納米熒光探針.在未出現(xiàn)靶標(biāo)物ATP的情況下,自動聚集的Au NPs幾乎不能猝滅Tb-MOFs的熒光.而ATP出現(xiàn)后,其與核酸適配體結(jié)合形成的G-四鏈體為Au NPs提供了良好的膠體穩(wěn)定效果,分散的Au NPs對Tb-MOFs熒光的猝滅使得熒光信號減弱,從而實現(xiàn)了ATP的高效檢測.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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