DNA模板荧光金属纳米团簇的合成及应用

引用本文： 毛安丽，王海波. DNA模板荧光金属纳米团簇的合成及应用[ J ]. 化学试剂， 2023 ， 45（ 4）: 25-33 .

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0918

背景介绍

(资料图)

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

1.1DNA模板的Ag纳米团簇

2004年， Etty等 ^[1]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2a.DNA模板的AgNCs合成的示意图^[1]；b.5种不同ss-DNA-AgNCs的荧光性质^[8]

Fig.2 a. Schematic illustration of the synthesis of DNA templated AgNCs^[1]; b. Fluorescence properties of five distinct ss-DNA-AgNCs^[8]

1.2 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 Rotaru等 ^[5]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^[5]；b. Poly（AT-TA）dsDNA^[12]；c. PolyT DNA^[6]

图3不同DNA模板的CuNPs的示意图

Fig.3Schematic illustration of fluorescent DNA templated copper nanoparticles templated by various

2DNA-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。 Yang等 ^[22]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^[22]；b. AgNCs与靶辅助等温指数扩增（TAIEA）技术相结合^[26]；c. dsDNA CuNPs和RCR技术^[13]

图4 靶辅助等温扩增检测特异性miRNA的DNA-MNCs生物传感器

Fig.4DNA-MNCs biosensors for special miRNA detection by target-assisted isothermal

2.2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 （ <10 kD ）、结构简单、合成代谢快等特点。

3DNA-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 ^[41]。 Wu等 ^[44]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 808 nm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5a.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^[44]；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PDT^[45]

Fig.5 a. Schematic representation of DNA-AgNCs for fluorescence imaging of cell surface glycans and fluorescence guided photothermal therapy; b. Label-free intracellular tumor-related Zn²⁺imaging and fluorescence/MRI bimodal platform-guided photo dynamic therapy based on DNA-templated AgNCs/porphyrin/MnO₂

4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将会得到有效扩展，如活细胞的长期成像和追踪、体内成像、体内肿瘤细胞的同步诊断和治疗。随着研究的继续，相信 DNA-MNCs 将在生物医学的更多领域如体内成像、肿瘤诊断和治疗发挥关键作用， DNA-MNCs 树苗将长成参天大树。