多色納米信標

生物檢測在分子診斷、環(huán)境監(jiān)測及生物*等領域得到了廣泛的應用。而納米材料由于其*的電學、光學以及催化等特性，有助于發(fā)展出快速、簡單、廉價的納米生物傳感器用于蛋白、核酸以及小分子的檢測。上海應用物理研究所物理生物學實驗室的研究人員構(gòu)建了一種多色納米信標(Multicolor nanobeacon)，并應用該探針實現(xiàn)多種腫瘤基因標志物的同步檢測。相關論文在近期Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 8670以Frontpiece形式發(fā)表(見圖)。

分子信標(molecular beacon)是一種基因檢測的重要方法，其基本原理是通過設計DNA莖環(huán)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建熒光分子-淬滅劑對，莖環(huán)結(jié)構(gòu)在檢測到靶基因時產(chǎn)生會打開從而發(fā)出很亮的指示熒光。此前的研究表明金納米粒子具有特別的納米界面能量轉(zhuǎn)移特性(Nanoscale surface energy transfer, NSET)，對幾乎所有的熒光分子都具有*的淬滅效率。利用金納米粒子的這一顯著特性可以研制成高靈敏的納米信標探針。

該納米信標具有較快的DNA雜交動力學，可以在分鐘量級檢測到特異性的靶基因，同時其展示出類似于普通分子信標的熱力學特性，因而選擇性很高，可以分辨單堿基變異。在分子信標中，由于有機淬滅劑與熒光分子的光譜匹配程度問題，構(gòu)建多色探針以實現(xiàn)多基因標志物的同時檢測受到較大的限制。金納米粒子的應用很好地解決了這一問題，同時納米粒子表面積大，可以負載足夠多的DNA探針。

該研究展示了應用對P16, P21和P53等三種腫瘤抑制基因的同時熒光檢測，呈現(xiàn)出很好的靈敏度和特異性，可以檢測低至pM的基因并能很好的區(qū)分單堿基變異。由于此前研究表明，納米金和DNA的復合物能夠透過細胞膜，這一多色納米探針將有望用于細胞內(nèi)多事件的同時探測。這一工作是由上海應用物理研究所和南京大學的研究人員合作完成，并得到了國家自然科學基金委、科技部和上海市科委的共同資助。

近期Nature China在研究亮點(Research highlight)中對該工作進行了報道。

這一的原理還被用于構(gòu)建基于核酸適配體(aptamer)的多色納米生物傳感器。核酸適配體是一類能與靶分子高特異性結(jié)合的寡核苷酸序列，這種新型識別分子相比于抗體等常用識別分子具有明顯特色和優(yōu)勢。我們將核酸適配體的高特異性識別行為與納米金對熒光的*淬滅能力結(jié)合起來，制備了可同時靈敏檢測、腺苷和鉀離子的多色納米金探針。相關工作發(fā)表在Small,2010,6,201。

石墨烯是另一類近期引起極大關注的納米材料，它是由單層碳原子構(gòu)成的片層納米材料，具有良好的光電性能，且石墨烯片層結(jié)構(gòu)同樣存在NSET效應并對熒光染料具有很高的淬滅效率。