在生物檢測(cè)和生物成像領(lǐng)域中，熒光傳感因其高靈敏度和選擇性而受到廣泛關(guān)注，其主要依賴(lài)于能量傳遞或電子傳導(dǎo)機(jī)制。與納米顆粒材料相比，超薄二維納米材料由于其表面具有高密度的不飽和原子和較高的表面積，引起了人們**的興趣。近年來(lái)，許多由金屬組分組成的復(fù)合納米材料在二維納米材料上得到了廣泛的研究，這些材料在傳感、催化、光學(xué)和可再生能源等領(lǐng)域具有獨(dú)特的功能特性，但其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用還很有限。
成果簡(jiǎn)介
Tian et, al.報(bào)道了一種基于二維共價(jià)有機(jī)骨架納米薄片生長(zhǎng)小尺寸金納米顆粒（(Au NPs/COF NSs)）的方法，合成的混合納米薄片可多重檢測(cè)甲型肝炎病毒DNA(HAV)和乙型肝炎病毒DNA (HBV)，此外，AuNPs/COF NSs還可作為檢測(cè)鉀離子(K+)分布和活細(xì)胞內(nèi)K+水平的平臺(tái)。該文章以“Au nanoparticles deposited onultrathin two-dimensional covalent organic framework nanosheets for in vitroand intracellular sensing”為名，并發(fā)表在Nanoscale（DOI: 10.1039/C9NR08220D）。
圖文導(dǎo)讀
圖一：基于Au NPs/COF NSs的復(fù)用傳感平臺(tái)示意圖(黃色圓點(diǎn)代表Au NPs)。
傳感平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要基于DNA模板化的銀納米團(tuán)簇(Ag NCs)，將兩種ssDNA序列用于目標(biāo)DNA的多路檢測(cè)。
圖二 COF納米片(NSs)的合成
COF主要采用溶液超聲法剝離成二維超薄納米片。COF NSs上的金納米顆粒主要采用PVP與檸檬酸鈉輔助合成，PVP有助于顆粒分散穩(wěn)定，而檸檬酸鈉可以溫和還原HAuCl4，避免金納米顆粒結(jié)塊。
圖三 (a) NPs/COF NSs的TEM圖像和(b)放大后的Au TEM圖像，(c) Au 的XPS，(d) COF NSs和Au NPs/COF NSs的XRD分析。
COF NSs的尺寸從幾百納米到幾微米不等，厚度大約為3.5nm，而金納米粒子的尺寸主要為3.9±0.5 nm。
圖四 (a)不同條件下P1的熒光光譜，(b) Au NPs/COF NSs和(c) COF NSs濃度對(duì)P1和T1下P1熒光強(qiáng)度的影響，(d) Au NPs/COF NSs存在時(shí)P1和P1+T1的熒光猝滅曲線(xiàn)。
為了評(píng)價(jià)Au NPs/COF NSs對(duì)AgNCs熒光探針的熒光猝滅能力和相互作用，Ag NCs將標(biāo)記為探針(P1)，并以此檢測(cè)HAV (T1)。P1在520 nm處表現(xiàn)出強(qiáng)烈的熒光發(fā)射，并且在Au NPs/COF NSs存在的情況下，P1+T1的熒光強(qiáng)度仍然保持不變，并且在Au NPs/COF NSs溶液中高于P1。NPs/COF NSs檢測(cè)P1和P1+T1雙鏈的熒光強(qiáng)度，濃度為12.0 g/mL。Au - NPs/COF NSs復(fù)合材料的淬滅性能優(yōu)于純COF NSs復(fù)合材料，可以作為一種**的淬滅劑，主要是因?yàn)镃OF NS上的金納米粒子作為一種優(yōu)秀的電子受體，改善了受體內(nèi)的電子傳導(dǎo)，而COF與金納米材料的協(xié)同作用增強(qiáng)了能量傳遞和電子傳遞效應(yīng)。
圖五 (a) Au NPs/COF NSs存在時(shí)，不同濃度T1下P1的熒光光譜。(b) T1檢測(cè)校準(zhǔn)曲線(xiàn)。(c)不同T2濃度的P2在Au NPs/COF NSs存在下的熒光光譜。(d) T2檢測(cè)校準(zhǔn)曲線(xiàn)
隨著T1的濃度從0.1增加到100 nM, P1的熒光信號(hào)增強(qiáng)，說(shuō)明Au NPs/COF NSs具有很強(qiáng)檢測(cè)的靈敏性。同時(shí)，使用Ag NCs標(biāo)記的探針（P2）進(jìn)行檢測(cè)HBV（T2）DNA發(fā)現(xiàn)， Au NPs/COF NSs對(duì)P2也具有猝滅能力。
圖六 (a)目標(biāo)T1和(b)目標(biāo)T2下基于Au NPs/COFNSs的多路復(fù)用檢測(cè)的熒光光譜
將P1，P2混合后，在只加入T1的前提下，在520nm處出現(xiàn)了熒光信號(hào)，同樣地，T2加入后，615nm處也出現(xiàn)了熒光，證明了Au - NPs/COF - nsns生物傳感器可作為DNA分子的多路檢測(cè)平臺(tái)。
圖七 (a)基于Au NPs/COF NSs傳感平臺(tái)，red-emitting P3在不同K+濃度下的熒光光譜。(b)檢測(cè)K+的校準(zhǔn)曲線(xiàn)。
此外，在新型傳感平臺(tái)的基礎(chǔ)上引入適配體，可將熒光Ag NC探針擴(kuò)展到DNA復(fù)雜結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。將K+適配體序列與模板DNA序列P3連接，進(jìn)行無(wú)標(biāo)記K+檢測(cè)。當(dāng)K+存在時(shí)，ssDNA可形成g -四重結(jié)構(gòu)。剛性DNA結(jié)構(gòu)從Au NPs/COF NSs表面釋放，熒光信號(hào)被恢復(fù)。隨著K+濃度從1增加到150 nM，Au NPs/COF NSs傳感器的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，說(shuō)明其具有良好的K+檢測(cè)性能。
圖八 基于Au NPs/COF NSs的K+傳感器用于細(xì)胞內(nèi)熒光成像的原理圖。
圖九 人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）培養(yǎng)(a)無(wú)K+傳感器，(b)含K+傳感器的共聚焦熒光成像。K+傳感器培養(yǎng)MSCs，分別用(c) ATP、(d)AmB、(e) N+B+O混合刺激后的共聚焦熒光成像。
敏感的K+傳感器可以檢測(cè)活細(xì)胞內(nèi)鉀離子的水平，而提出的基于Au NPs/COF NSs的可激活A(yù)g NC傳感平臺(tái)在細(xì)胞成像方面具有廣闊的應(yīng)用前景。三磷酸腺苷(ATP)是一種刺激ATP通道的分子。AmB是K+從細(xì)胞外流的促進(jìn)劑，nigericin、bumetanide、ouabain (N+B+O)聯(lián)合使用是一種**的K+外流刺激劑。為了監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)K+水平的刺激變化，將細(xì)胞用K+傳感器培養(yǎng)2h后，然后分別用ATP、AmB和N+B+O的混合物進(jìn)行處理(圖6c-e)。刺激1 h后，細(xì)胞出現(xiàn)收縮，細(xì)胞邊界保持完整。觀(guān)察到細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度的降低，表明K+從細(xì)胞中流出。這些結(jié)果與以往的研究結(jié)果一致。因此，基于Au NPs/COF NSs的K+傳感器被證明是監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)K+平衡的候選。小結(jié)
作者開(kāi)發(fā)了一種基于Au NPs/COF NSs的Ag NC熒光檢測(cè)平臺(tái)，可用于DNA和K+的體外無(wú)標(biāo)記熒光檢測(cè)。該熒光傳感系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)分子具有很高的選擇性，可以實(shí)現(xiàn)利用green-emitting和 red-emitting Ag NCs的多路復(fù)用檢測(cè)DNA。體外實(shí)驗(yàn)表明，金納米粒子/COF復(fù)合納米粒子可以作為**的熒光猝滅劑。此外，基于適配體K+在活細(xì)胞中的成像傳感平臺(tái)來(lái)評(píng)估K+的分布和細(xì)胞內(nèi)的K+水平發(fā)現(xiàn)，Au NPs/COF NSs可作為細(xì)胞內(nèi)傳感器檢測(cè)活細(xì)胞內(nèi)鉀K+水平。
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