A fluorescent and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) dual-mode probe is developed for imaging of intracellular Zn2+ based on N-(2-(bis(pyridine-2-ylmethyl)amino)ethyl)-2-mercaptoacetamide (MDPA) modified gold nanoparticles (MDPA-GNPs). Benefiting from the chelation-enhanced fluorescence (CHEF) between MDPA-GNPs and Zn2+, the fluorescent intensities of MDPA-GNPs are substantially enhanced with the increment of Zn2+ concentrations, which can be clearly observed by the naked eye. Under physiological conditions, the probe exhibits a stable response for Zn2+ from 1 μM to 120 μM, with a detection limit of 0.32 μM in aqueous solutions. The resultant MDPA-GNPs can be used for ultrasensitive SERS detection of Zn2+ because of the strong inter-particle plasmonic coupling generated in the process of Zn2+-triggered MDPA-GNPs self-aggregation, with a low detection limit of 0.28 pM, which is eight order of magnitude lower than the United States Environmental Protection Agency (US EPA)-defined limit (76 μM) in drinkable water. More importantly, the proposed probe can be applied for efficient detection of intracellular Zn2+ with excellent biocompatibility and cellular imaging capability. Therefore, a highly sensitive and selective nanosensor has been demonstrated for both reliable quantitative detection of Zn2+ in aqueous solution and real-time imaging of intracellular Zn2+, suggesting its significant potential utility in bioanalysis and biomedical detection in the future.

中文翻译：

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细胞内Zn 2+ 的荧光/SERS双传感和成像

基于 N-(2-(双(吡啶-2-基甲基)氨基)乙基)-2-巯基乙酰胺 (MDPA) 修饰的细胞内 Zn2+ 成像开发了一种荧光和表面增强拉曼光谱 (SERS) 双模式探针金纳米粒子（MDPA-GNP）。受益于MDPA-GNPs和Zn2+之间的螯合增强荧光（CHEF），MDPA-GNPs的荧光强度随着Zn2+浓度的增加而显着增强，肉眼可以清楚地观察到。在生理条件下，探针对 1 μM 至 120 μM 的 Zn2+ 表现出稳定的响应，在水溶液中的检测限为 0.32 μM。由于在 Zn2+ 触发的 MDPA-GNPs 自聚集过程中产生了强烈的粒子间等离子体耦合，因此所得的 MDPA-GNPs 可用于 Zn2+ 的超灵敏 SERS 检测，检测限低至 0.28 pM，比美国环境保护署 (US EPA) 规定的饮用水限值 (76 μM) 低 8 个数量级。更重要的是，所提出的探针可用于有效检测细胞内Zn2+，具有优异的生物相容性和细胞成像能力。因此，一种高灵敏度和选择性的纳米传感器已被证明可用于水溶液中 Zn2+ 的可靠定量检测和细胞内 Zn2+ 的实时成像，表明其在未来的生物分析和生物医学检测中具有重要的潜在用途。所提出的探针可用于有效检测细胞内 Zn2+，具有优异的生物相容性和细胞成像能力。因此，一种高灵敏度和选择性的纳米传感器已被证明可用于水溶液中 Zn2+ 的可靠定量检测和细胞内 Zn2+ 的实时成像，表明其在未来的生物分析和生物医学检测中具有重要的潜在用途。所提出的探针可用于有效检测细胞内 Zn2+，具有优异的生物相容性和细胞成像能力。因此，一种高灵敏度和选择性的纳米传感器已被证明可用于水溶液中 Zn2+ 的可靠定量检测和细胞内 Zn2+ 的实时成像，表明其在未来的生物分析和生物医学检测中具有重要的潜在用途。