DNA模板荧光金属纳米团簇的合成及应用

背景介绍荧光金属纳米团簇的尺寸介于金属原子和纳米颗粒之间，特殊的结构和尺寸赋予了金属纳米团簇一系列优异的荧光特性，如荧光强度高、抗光漂白性能强、较大的斯托克斯位移。脱氧核糖核酸（DNA）由于其独特的结构和可设计的序列而成为合成金属纳米簇的理想模板。本文亮点1总结了DNA模板的金属纳米簇的制备、性质和在生物传感以及生物成像中的应用;2讨论了DNA模板的金属纳米簇的未来发展研究重点和前景。内容介绍1

金属纳米簇的合成及其荧光性质1.1

DNA模板的Ag纳米团簇2004年，首次报道了在溶液中合成DNA-AgNCs，如图2a所示，在加入NaBH4后，通过剧烈的振荡，Ag+结合到DNA上，在没有形成大的银纳米颗粒的情况下，被还原成水溶性荧光AgNCs。图2

a.DNA模板的AgNCs合成的示意图；b.5种不同ss-DNA-AgNCs的荧光性质Fig.2

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

DNA模板的Cu纳米团簇与金、银相比，铜的化学性质更为活跃，这导致所形成的CuNPs更容易被氧化。因此，选择合适的模板材料是合成CuNPs的关键。自从2010年发现ds-DNA可以支持CuNPs的合成（dsDNA-CuNPs）后（图3a），荧光CuNPs引起了广泛关注。a.ds-DNA；b.Poly（AT-TA）dsDNA；c.PolyTDNA图3

不同DNA模板的CuNPs的示意图Fig.3

SchematicillustrationoffluorescentDNAtemplatedcoppernanoparticlestemplatedbyvarious

2

DNA-MNCs在生物传感器中的应用2.1

核酸检测DNA、mRNA或miRNA的异常表达与许多疾病有关。因此，灵敏度高、选择性好的核酸检测具有重要的医学意义。发现AgNCs探针的荧光在与靶miRNA杂交后会减弱，并且荧光强度与复合链的序列有关（图4a）。a.

基于miRNA对荧光AgNCs的猝灭现象的策略；b.AgNCs与靶辅助等温指数扩增（TAIEA）技术相结合；c.dsDNACuNPs和RCR技术图4

靶辅助等温扩增检测特异性miRNA的DNA-MNCs生物传感器Fig.4

DNA-MNCsbiosensorsforspecialmiRNAdetectionbytarget-assistedisothermal2.2

蛋白质检测蛋白质浓度和活性水平的监测是细胞分子机制研究的重要组成部分。体液中蛋白质的异常改变可以提示病理状况的某些特征。2.3

小分子检测生物活性小分子是生物体内生物调节系统的重要组成部分，包括小分子蛋白质、多肽、氨基酸及其衍生物、巯基和金属离子，具有分子量小（<10kD）、结构简单、合成代谢快等特点。3

DNA-MNCs在生物成像和光热疗法中的应用活细胞成像在疾病预防、临床诊断和治疗疾病的发病机制中具有重要作用。灵敏地检测活细胞或癌细胞中的生物大分子对于早期诊断和监测肿瘤转移具有重要意义。基于AgNCs和荧光引导光热疗法（PTT）构建了一种用于细胞表面聚糖无标记成像的新型治疗平台，用AgNCs的荧光对细胞表面的聚糖进行成像，在808nm激光照射下，注射N-叠氮乙酰基甘露糖胺-四酰基化（Ac4ManNAz）和DNA-AgNCs的小鼠肿瘤显示出有效的消退（图5a）。图5

a.DNA-AgNCs在细胞表面聚糖荧光成像和荧光引导光热疗法中的示意图；b.基于DNA-AgNCs/卟啉/MnO2的无标记细胞内肿瘤相关Zn2+成像和荧光/MRI双峰平台引导PDTFig.5

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

imagingandfluorescence/MRIbimodalplatform-guidedphotodynamictherapybasedonDNA-templatedAgNCs/porphyrin/MnO24

结论本文总结了3种DNA-MNFs（AgNCs、CuNPs和AuNCs）的合成、性质和应用方面的工作。尽管DNA-MNCs具有优势，但仍面临一些挑战。DNA-MNCs面临的挑战主要是如何提高光稳定性和荧光量子产率（QY）。解决这两大难题后，DNA-MNCs在生物系统中的应用