具有荧光增强效应的纳米内窥镜用于小体积样品检测

单细胞内的荧光分析和成像能够为了解细胞功能、疾病机理、细胞与药物的相互作用等提供丰富的信息。由于细胞内待测物质的含量非常低，往往需要对荧光信号进行放大或增强。等离子增强荧光（Plasmon-enhanced fluorescence, PEF）或金属增强荧光（Metal-enhanced fluorescence, MEF）能够有效地增强金属表面或纳米颗粒附近的荧光强度，从而提高荧光传感的灵敏度或成像质量。然而，由于PEF的有效增强距离通常小于100 nm，而细胞的尺寸在微米级别，因此PEF只能增强细胞膜附近的荧光分子，无法提高细胞内的分析灵敏度和成像质量。为了解决这个问题，清华大学陆跃翔助理教授与陈靖教授课题组发展了一种基于纳米内窥镜的荧光增强模式，有望用于单细胞内的荧光高灵敏检测。

在前期工作中，清华大学的研究团队制备了具有显著荧光增强效应的多孔金纳米线。通过调节纳米线上孔径的尺寸可以有效地调节纳米线的等离子体共振峰的波长，使其与荧光染料Cy5的发射峰匹配。同时，纳米线上均匀分布的孔道可以提高纳米线表面“热点”的密度，从而实现荧光增强效应的显著提高。研究发现，在单根多孔金纳米线上，Cy5分子的荧光强度最大可以增强62倍，比光滑金纳米线表面的荧光强度提高了8倍，是目前报道的在单根纳米线上获得的最高荧光增强倍数。相比于光滑金纳米线，多孔金纳米线的荧光背景显著降低，有利于提高检测的信噪比（Chemical Communications, 2016, 52, 1808-1811. Back cover）。

随后，研究团队通过将这种具有显著荧光增强效应的单根多孔金纳米线组装到钨针针尖上，构建了具有荧光增强效应的纳米内窥镜。这种纳米内窥镜长度为15微米，直径为250纳米，可以在光学显微镜下通过三维操作平台进行精确的操控和移动。研究人员以溶菌酶为检测对象，将纳米内窥镜插入到微小液滴中，实现了微米深度溶菌酶的高灵敏检测，空间分布率达到亚微米级。与基于光滑金纳米线的纳米内窥镜相比，检测灵敏度提高了23倍。

这种基于单根多孔金纳米线的纳米内窥镜具有多种优势，使其有希望用于单细胞内部高时空分辨的荧光分析和成像：纳米线为具有较小直径的圆柱体，并具有良好的生物相容性，可以降低对细胞的损伤；纳米线上的荧光增强效应可以提高检测灵敏度；金表面易于修饰，可以发展多种检测体系用于不同物质的检测。该研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，该工作得到了国家自然科学基金的大力支持。

该论文作者为：Hang Yuan, Jie Liu, Yuexiang Lu, Zhe Wang, Guoyu Wei, Tianhao Wu, Gang Ye, Jing Chen, Sichun Zhang and Xinrong Zhang

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Nano Endoscopy with Plasmon-Enhanced Fluorescence for Sensitive Sensing Inside Ultrasmall Volume Samples

Anal. Chem., 2017, 89, 1045–1048, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03876