青岛科技大学：更多对称“热点”实现更强的等离子体增强荧光—从金纳米棒到金纳米星

低丰度特异性生物标志物（如miRNAs）的高灵敏检测对于肿瘤等疾病的早期诊断、治疗和发病机制研究具有重要作用。传统的miRNAs检测方法如实时聚合酶链式反应、Northern杂交、微阵列分析和电化学分析等，无法实现活细胞中低丰度miRNA的原位直接监测，荧光传感成像技术因其能实现活细胞中miRNAs的原位实时监测而引起了广泛的关注。然而，传统的荧光染料探针在成像检测中存在两个明显缺点：（1）易光漂白且光稳定性差；（2）单细胞水平靶标物浓度较低导致荧光信号较弱。

针对上述问题，青岛科技大学徐升豪副教授（点击查看介绍）和罗细亮教授（点击查看介绍）课题组在前期纳米探针合成和等离子体增强荧光的研究工作基础上（Anal. Chem., 2020, 92, 15169-15178; Anal. Chem., 2019, 91, 13947-13952; Anal. Chem., 2018, 90, 4039-4045; Anal. Chem., 2014, 86, 11634-11639; Chem. Commun., 2020, 56, 13828-13831; Chem. Commun., 2020, 56, 4074-4077; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 26851-26858; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 373-379），首次以含有20个对称尖端热点的金纳米星作为等离子体激元共振基底材料（图1所示），构建了一种简单而有效的新型等离子体增强荧光纳米探针，实现了活细胞内miRNA-21的高灵敏“点亮式”原位成像检测。BHQ-3标记的辅助DNA1与Cy5.5标记的辅助DNA2部分互补杂交而形成荧光猝灭的辅助探针，随后将辅助探针键合到包覆二氧化硅的金纳米型表面得到离子体增强荧光纳米探针，探针进入细胞后，靶标物miRNA-21与Cy5.5标记的辅助DNA2完全杂交而将BHQ-3标记的辅助DNA1替换导致染料的红色荧光恢复。通过调节二氧化硅壳层的厚度来调控染料与金纳米星之间的距离，最终得到了最佳的等离子体增强荧光效果，实现了活细胞内miRNA-21的高灵敏原位成像检测（图2所示）。

图1. 金纳米星的透射电镜和扫描电镜图像。图片来源：Anal. Chem.

图2. 基于金纳米星的新型等离子体增强荧光纳米探针用于细胞内miRNA-21的高灵敏原位成像检测示意图。图片来源：Anal. Chem.

相比于传统的等离子体增强荧光基底材料（金纳米棒、金纳米双锥体和金纳米三角片等），含有20个对称尖端的金纳米星具有更多的局域等离子体电场热点“hot spots”而显示了更优的等离子体增强荧光效果（图3所示）。该工作为新型等离子体增强荧光纳米探针的设计以及低丰度肿瘤标志物的高灵敏检测提供了新思路。

图3. 基于金纳米棒、金纳米双锥体、金纳米三角片和金纳米星的等离子体增强荧光对比结果。图片来源：Anal. Chem.

该研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是2018级硕士研究生高宇环，通讯作者是徐升豪副教授和罗细亮教授。该研究得到国家自然科学基金（21675093、21505081、21974075）、山东省省属优青（ZR2019YQ13）、山东省高校优秀青年创新团队项目（2019KJC007）和山东省泰山学者建设专项基金（ts20110829）的资助支持。

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More Symmetrical “Hot Spots” Ensure Stronger Plasmon-Enhanced Fluorescence: From Au Nanorods to Nanostars

Yuhuan Gao, Jun Wang, Weina Wang, Tingting Zhao, Yanyun Cui, Pingping Liu, Shenghao Xu,* Xiliang Luo*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04518

徐升豪副教授简介

徐升豪，青岛科技大学化学与分子工程学院副教授，硕士生导师；2014年获北京师范大学博士学位，导师欧阳津教授。主要从事荧光纳米材料制备及多组分检测应用研究，重点集中在生化传感分析、阵列分析和纳米材料等领域，近5年以第一或通讯作者在Anal.Chem., Chem. Commun., Biosens. Bioelectron., ACS Appl. Mater. Interfaces 等国际期刊上发表影响因子大于5.0的SCI论文25篇，申请国家发明专利3件，授权2件。2015年获得国家自然科学基金青年基金项目资助，2019年获得山东省省属优青资助，同年获批山东省高等学校优秀青年创新团队项目1项，2018年和2020年分别获“中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)”一等奖2项，2020年获得山东省高等学校优秀科研成果奖二等奖1项（第一完成人）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/274203

罗细亮教授简介

罗细亮，教授、博士生导师，化学与分子工程学院院长，国家优秀青年基金和山东省杰出青年基金获得者、泰山学者特聘教授；2005年于南京大学获得分析化学博士学位，主要从事纳米生物复合材料的制备及其应用的研究，重点集中在生化分析和生物医药材料等领域；至今已在Chemical Society Reviews、Chemical Reviews、Biomaterials、Analytical Chemistry 等期刊上发表SCI论文170余篇，其中影响因子大于6.0的90余篇，引用6500余次，申请国内外发明专利7件，获得授权3件，担任SCI期刊Journal of Nanomaterials客座编辑、国际期刊Frontiers in Analytical Chemistry及American Chemical Science Journal编委，中文核心期刊《分析测试学报》青年编委。目前为中国仪器仪表学会电化学分析专业委员会委员以及国家自然科学基金和教育部长江学者青年学者等项目评审专家。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49682