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功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 版權(quán)信息
- ISBN：9787030687975
- 條形碼：9787030687975 ; 978-7-03-068797-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 本書特色
本書涵蓋納米材料在生化分析應(yīng)用中的各個(gè)方面，包括納米材料與生物傳感、 成像分析、腫瘤診療相結(jié)合，以及所建立的新原理、新方法和新技術(shù)。
功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書為“低維材料與器件叢書”之一。全書涵蓋了納米材料在生化分析應(yīng)用中的方方面面；較為系統(tǒng)而全面地介紹了納米材料在生化分析中的基本原理、檢測(cè)技術(shù)、研究方法等，結(jié)合**研究進(jìn)展，詳細(xì)闡述了新型分析檢測(cè)手段并介紹了納米材料在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)、生物成像、診療一體化等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 目錄
目錄
總序
前言
第1章 生物功能化納米探針在光電化學(xué)生物傳感與成像分析中的應(yīng)用 1
1.1 生物功能化納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 1
1.1.1 概述 2
1.1.2 貴金屬納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 6
1.1.3 金屬氧化物納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 9
1.1.4 碳納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 12
1.1.5 二維過(guò)渡金屬納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 14
1.1.6 小結(jié) 19
1.2 生物功能化納米探針在光致電化學(xué)DNA傳感器中的應(yīng)用 19
1.2.1 概述 19
1.2.2 基于DNA生物條形碼納米探針的光致電化學(xué)DNA傳感器 22
1.2.3 基于DNA構(gòu)象變化的光致電化學(xué)DNA傳感器 23
1.2.4 基于酶催化的光致電化學(xué)DNA傳感器 25
1.2.5 基于DNA循環(huán)放大技術(shù)的光致電化學(xué)DNA傳感器 29
1.2.6 小結(jié) 33
1.3 生物納米探針在電致化學(xué)發(fā)光傳感分析中的應(yīng)用 33
1.3.1 概述 34
1.3.2 半導(dǎo)體納米探針在電致化學(xué)發(fā)光傳感分析中的應(yīng)用 35
1.3.3 貴金屬納米探針在電致化學(xué)發(fā)光傳感分析中的應(yīng)用 41
1.3.4 高分子納米材料在電致化學(xué)發(fā)光傳感分析中的應(yīng)用 45
1.3.5 金屬有機(jī)框架材料在ECL傳感器的應(yīng)用 47
1.3.6 小結(jié) 48
1.4 生物功能化納米探針在化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光傳感與成像分析中的應(yīng)用 49
1.4.1 概述 49
1.4.2 生物功能化納米探針在化學(xué)發(fā)光傳感分析中的應(yīng)用 50
1.4.3 生物功能化納米探針在化學(xué)發(fā)光成像分析中的應(yīng)用 53
1.4.4 生物功能化納米探針在生物發(fā)光成像分析中的應(yīng)用 61
1.4.5 小結(jié) 71
1.5 展望 71
參考文獻(xiàn) 72
第2章 芯片表面?zhèn)鞲屑夹g(shù)在生化分析中的應(yīng)用 94
2.1 生物功能化納米材料在表面增強(qiáng)拉曼散射分析中的應(yīng)用 94
2.1.1 表面增強(qiáng)拉曼散射簡(jiǎn)介 95
2.1.2 表面增強(qiáng)拉曼傳感器檢測(cè)策略 98
2.1.3 貴金屬納米材料在SERS傳感器中的應(yīng)用 102
2.1.4 復(fù)合納米材料在SERS傳感器中的應(yīng)用 107
2.1.5 展望 111
2.2 生物功能化納米材料在表面等離子體共振傳感器信號(hào)放大檢測(cè)中的應(yīng)用 112
2.2.1 表面等離子體共振傳感器及其信號(hào)放大技術(shù)簡(jiǎn)介 112
2.2.2 貴金屬納米材料在表面等離子體共振傳感器信號(hào)放大檢測(cè)中的應(yīng)用 117
2.2.3 磁性納米材料在表面等離子體共振傳感器信號(hào)放大檢測(cè)中的應(yīng)用 123
2.2.4 硅納米材料在表面等離子體共振傳感器信號(hào)放大檢測(cè)中的應(yīng)用 124
2.2.5 碳基納米材料在表面等離子體共振傳感器信號(hào)放大檢測(cè)中的應(yīng)用 126
2.2.6 展望 133
2.3 石英晶體微天平在生化分析中的應(yīng)用 133
2.3.1 石英晶體微天平簡(jiǎn)介 133
2.3.2 基于生物分子偶聯(lián)的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 137
2.3.3 基于金屬納米顆粒偶聯(lián)的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 138
2.3.4 基于金屬離子還原的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 142
2.3.5 基于生物催化生成沉淀的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 144
2.3.6 基于DNA雜交/復(fù)制的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 145
2.3.7 基于晶體原位生長(zhǎng)的信號(hào)放大技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 148
2.3.8 展望 149
參考文獻(xiàn) 150
第3章 上轉(zhuǎn)換納米材料在生物分子檢測(cè)、熒光成像分析及腫瘤診療一體化中的應(yīng)用研究 163
3.1 上轉(zhuǎn)換納米材料概述 163
3.2 上轉(zhuǎn)換納米材料的發(fā)光機(jī)制 164
3.3 上轉(zhuǎn)換納米材料的可控制備方法 166
3.3.1 合成疏水性上轉(zhuǎn)換納米材料 166
3.3.2 一步法合成親水性上轉(zhuǎn)換納米材料 169
3.4 基于發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移的上轉(zhuǎn)換納米熒光材料在生物分子檢測(cè)中的應(yīng)用 170
3.4.1 改變上轉(zhuǎn)換納米材料和識(shí)別配體間的光譜重疊 170
3.4.2 改變上轉(zhuǎn)換納米材料和識(shí)別配體間能量轉(zhuǎn)移距離 177
3.5 上轉(zhuǎn)換納米顆粒在活體熒光成像中的應(yīng)用 180
3.5.1 上轉(zhuǎn)換納米熒光探針實(shí)現(xiàn)活體腫瘤的靶向成像 180
3.5.2 上轉(zhuǎn)換納米熒光探針實(shí)現(xiàn)活體多色成像 181
3.5.3 發(fā)展前景和挑戰(zhàn) 182
3.6 上轉(zhuǎn)換納米顆粒在腫瘤診療一體化方面的應(yīng)用 183
3.6.1 上轉(zhuǎn)換納米診斷試劑的構(gòu)建 183
3.6.2 化學(xué)藥物治療 188
3.6.3 光動(dòng)力治療 197
3.6.4 光熱治療 207
3.6.5 基因治療 210
3.6.6 免疫治療 211
3.6.7 聯(lián)合治療 213
3.7 展望 216
參考文獻(xiàn) 217
第4章 納米孔技術(shù)在生化分析中的應(yīng)用 233
4.1 生物納米孔的種類及應(yīng)用研究進(jìn)展 234
4.1.1 α-HL納米孔 234
4.1.2 aerolysin納米孔 234
4.1.3 MspA納米孔 235
4.1.4 噬菌體phi29 DNA包裝馬達(dá) 235
4.1.5 生物納米孔分析技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 235
4.2 固體納米孔的種類及應(yīng)用研究進(jìn)展 246
4.2.1 氮化硅 246
4.2.2 二維材料 249
4.2.3 氧化鋁 251
4.2.4 聚合物薄膜 253
4.2.5 玻璃毛細(xì)管 254
4.3 展望 257
參考文獻(xiàn) 258
第5章 基于微芯片構(gòu)建的功能化微納米材料在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)及腫瘤診療中的應(yīng)用 263
5.1 微流控技術(shù) 263
5.1.1 微流控技術(shù)概述 263
5.1.2 基于液滴的微流控技術(shù) 265
5.1.3 小結(jié) 270
5.2 基于微芯片的功能化微納米界面的構(gòu)建及其在腫瘤標(biāo)志物活檢中的應(yīng)用 270
5.2.1 基于微芯片的循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè) 272
5.2.2 基于微芯片的胞外囊泡檢測(cè) 281
5.2.3 小結(jié) 286
5.3 基于微芯片的功能化微納米藥物的構(gòu)建及其在腫瘤診療中的應(yīng)用 286
5.3.1 微膠囊 287
5.3.2 納米乳液 291
5.3.3 納米顆粒 294
5.4 展望 301
參考文獻(xiàn) 302
第6章 生物功能化納米探針在多模態(tài)成像分析中的應(yīng)用 310
6.1 活體成像方式簡(jiǎn)介 310
6.1.1 PET成像 310
6.1.2 SPECT 311
6.1.3 光學(xué)成像 311
6.1.4 磁共振成像 312
6.1.5 超聲成像 313
6.1.6 光聲成像 313
6.1.7 計(jì)算機(jī)斷層成像 313
6.2 多模態(tài)成像 313
6.2.1 融合PET的雙模態(tài)分子影像納米探針 314
6.2.2 融合FMI的多模態(tài)成像納米探針 319
6.3 展望 324
參考文獻(xiàn) 324
第7章 生物功能化碳納米材料在生物傳感、生物成像及診療一體化中的應(yīng)用 328
7.1 碳納米材料與生物分子之間的作用 328
7.1.1 碳納米材料分類 328
7.1.2 碳納米材料與核酸之間的作用 330
7.1.3 碳納米材料與蛋白質(zhì)之間的作用 335
7.1.4 碳納米材料與其他生物分子之間的作用 338
7.2 生物功能化碳納米材料的制備與性質(zhì) 338
7.2.1 生物功能化碳納米材料的制備 338
7.2.2 生物功能化碳納米材料的性質(zhì) 342
7.3 生物傳感 345
7.3.1 核酸檢測(cè) 345
7.3.2 蛋白質(zhì)檢測(cè) 348
7.3.3 酶活性檢測(cè) 349
7.3.4 小分子檢測(cè) 349
7.3.5 細(xì)胞檢測(cè) 350
7.4 生物成像 350
7.4.1 細(xì)胞成像 350
7.4.2 活體成像 353
7.5 診療一體化 355
7.5.1 癌癥治療方法 355
7.5.2 碳基納米診療試劑的構(gòu)建 357
7.6 展望 359
參考文獻(xiàn) 359
第8章 納米藥物載體在腫瘤診療一體化中的應(yīng)用 367
8.1 脂質(zhì)體納米藥物載體 367
8.1.1 概述 367
8.1.2 脂質(zhì)體納米藥物載體的應(yīng)用研究 369
8.1.3 商業(yè)化的脂質(zhì)體納米藥物載體 378
8.1.4 小結(jié) 378
8.2 介孔硅納米藥物載體 379
8.2.1 介孔硅納米材料 379
8.2.2 介孔硅納米材料在腫瘤診斷方面的應(yīng)用 379
8.2.3 介孔硅納米材料在腫瘤治療方面的應(yīng)用 385
8.2.4 介孔硅納米材料在診療一體化上的應(yīng)用 389
8.2.5 小結(jié) 396
8.3 DNA納米藥物載體 396
8.3.1 DNA自組裝納米技術(shù)簡(jiǎn)介 397
8.3.2 DNA納米藥物載體的種類及其在腫瘤診療一體化中的應(yīng)用 398
8.3.3 小結(jié) 409
8.4 金屬有機(jī)框架載體 410
8.4.1 金屬有機(jī)框架概述 410
8.4.2 金屬有機(jī)框架材料在腫瘤治療中的應(yīng)用 411
8.4.3 小結(jié) 425
8.5 展望 426
參考文獻(xiàn) 426
第9章 光熱納米材料在腫瘤診療一體化中的應(yīng)用 443
9.1 概述 443
9.2 貴金屬納米材料 447
9.2.1 金納米材料 447
9.2.2 銀、鉑、鈀納米粒子 452
9.3 碳納米材料 453
9.3.1 碳納米管 454
9.3.2 石墨烯 456
9.3.3 類石墨烯納米材料 457
9.4 過(guò)渡金屬納米材料 458
9.4.1 磁性納米粒子 458
9.4.2 銅基半導(dǎo)體 460
9.4.3 鎢基半導(dǎo)體 461
9.5 共軛聚合物 462
9.5.1 聚多巴胺 462
9.5.2 聚吡咯 464
9.6 復(fù)合光熱材料 466
9.7 光熱治療與成像 469
9.8 展望 473
參考文獻(xiàn) 474
第10章 siRNA納米遞送體系在腫瘤基因治療中的應(yīng)用 482
10.1 概述 482
10.1.1 RNA干擾機(jī)理 483
10.1.2 siRNA納米載體在腫瘤治療中面臨的挑戰(zhàn) 484
10.2 提高納米載體的穩(wěn)定性 485
10.2.1 基于靜電作用構(gòu)建納米載體 485
10.2.2 基于“協(xié)同組裝”策略構(gòu)建納米載體 486
10.3 提高納米載體的靶向性 487
10.3.1 多肽修飾的納米載體 487
10.3.2 抗體修飾的納米載體 488
10.3.3 核酸適體修飾的納米載體 488
10.4 基于內(nèi)源性刺激因素誘導(dǎo)釋放siRNA的納米載體設(shè)計(jì)策略 489
10.4.1 氧化還原環(huán)境觸發(fā)納米載體釋放siRNA 490
10.4.2 酸性pH觸發(fā)納米載體釋放siRNA 492
10.4.3 酶觸發(fā)納米載體釋放siRNA 495
10.4.4
展開全部
功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 節(jié)選
第1章 生物功能化納米探針在光電化學(xué)生物傳感與成像分析中的應(yīng)用 生命體中開始出現(xiàn)痕量、特定活性物質(zhì)時(shí)，通常預(yù)示體系將要或正在發(fā)生重要變化。例如，早期腫瘤會(huì)產(chǎn)生痕量標(biāo)志物，并進(jìn)入血液循環(huán)；核酸堿基的突變可能會(huì)帶來(lái)蛋白質(zhì)或細(xì)胞功能的改變；痕量重金屬會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生毒性作用，從而引起體內(nèi)疾病。因此，對(duì)生命體中特定活性物質(zhì)（如小分子、離子、核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等）進(jìn)行高靈敏、高選擇性檢測(cè)具有重要意義。隨著納米科技的發(fā)展，性能各異的納米材料不斷涌現(xiàn)，為制備用于生物傳感與成像的功能化納米探針奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。將生物功能化納米探針與光電技術(shù)結(jié)合，通過(guò)研究信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理和分子識(shí)別機(jī)制，已構(gòu)筑一系列新型光電化學(xué)生物傳感器，并用于生物成像分析。 本章討論了生物功能化納米探針在電化學(xué)、光致電化學(xué)、電致化學(xué)發(fā)光以及化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光傳感與成像分析中的應(yīng)用，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。 1.1 生物功能化納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 電化學(xué)分析方法具有靈敏度高、特異性好、分析快速、易于實(shí)現(xiàn)集成化和微型化等優(yōu)點(diǎn)，符合便攜式檢測(cè)裝置的基本要求[1-3]。因此，電化學(xué)生物傳感器已成為特定靶標(biāo)分析的重要檢測(cè)技術(shù)之一。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，已設(shè)計(jì)合成多種生物功能化納米探針，為發(fā)展多功能電化學(xué)生物傳感器提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，基于生物功能化納米探針的電化學(xué)生物傳感器已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品分析和臨床疾病早期診斷等領(lǐng)域。生物傳感分析技術(shù)對(duì)痕量活性物質(zhì)進(jìn)行高靈敏、高特異檢測(cè)的需求日益增加，基于生物功能化納米探針的電化學(xué)生物傳感器在其中發(fā)揮重要作用[4-6]。 1.1.1 概述 1.電化學(xué)生物傳感器基本原理 將探針?lè)肿雍桶袠?biāo)分子之間的反應(yīng)轉(zhuǎn)換為可定量測(cè)定電信號(hào)的裝置，稱為電化學(xué)生物傳感器。其主要組成部分有感受器（分子識(shí)別探針）和換能器（能量轉(zhuǎn)換探針）。分子識(shí)別探針通常用于定性和定量感知靶標(biāo)分子；能量轉(zhuǎn)換探針可以把電極界面上分子識(shí)別所產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)換為可以定量測(cè)定的特征信號(hào)，如電勢(shì)或電流等。通過(guò)對(duì)反應(yīng)前后電信號(hào)的變化量進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)分子的準(zhǔn)確定量檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，電化學(xué)生物傳感分析過(guò)程主要包括：探針的固定、分子識(shí)別、識(shí)別指示和電化學(xué)檢測(cè)。靈敏度是分析檢測(cè)過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo)，而探針?lè)肿雍桶袠?biāo)分子的相互作用情況決定了電化學(xué)生物傳感器的靈敏度。因此，分子識(shí)別元件上探針與靶標(biāo)分子之間的結(jié)合反應(yīng)是傳感分析過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)[7]。 2.電化學(xué)生物傳感器分類 根據(jù)靶標(biāo)分子加入前后電化學(xué)信號(hào)發(fā)生的變化，電化學(xué)生物傳感器可以分為信號(hào)衰減型和信號(hào)增強(qiáng)型兩類。在信號(hào)衰減型電化學(xué)生物傳感器中，靶標(biāo)與探針特異性結(jié)合后，會(huì)引起電化學(xué)信號(hào)衰減；反之，在信號(hào)增強(qiáng)型電化學(xué)生物傳感器中，靶標(biāo)與探針特異性結(jié)合后，會(huì)引起電化學(xué)信號(hào)增強(qiáng)。例如，F(xiàn)an等在2003年報(bào)道了一種信號(hào)衰減型電化學(xué)生物傳感器［圖1.1（a）］，將具有電化學(xué)活性的亞甲基藍(lán)（MB）修飾的發(fā)卡結(jié)構(gòu)探針組裝在金電極表面，靠近電極表面的MB可以產(chǎn)生強(qiáng)電化學(xué)信號(hào)[8]。如果體系中含有目標(biāo)DNA分子，目標(biāo)DNA會(huì)與發(fā)卡DNA識(shí)別并進(jìn)行雜交。*后，打開發(fā)卡探針形成雙鏈DNA。雙鏈DNA具有較強(qiáng)的剛性，可以使MB遠(yuǎn)離電極表面，降低電化學(xué)信號(hào)。Pelossof等報(bào)道了一系列基于G-四聯(lián)體核酸探針的電化學(xué)生物傳感器［圖1.1（b）］，用于檢測(cè)蛋白質(zhì)、核酸和生物活性小分子[9]。G-四聯(lián)體可以與氯化血紅素（hemin）特異性結(jié)合，產(chǎn)生的復(fù)合物具有類辣根過(guò)氧化物酶的催化性質(zhì)，當(dāng)體系中含有過(guò)氧化氫時(shí)，過(guò)氧化氫可以被催化分解產(chǎn)生水和氧氣，從而增強(qiáng)電化學(xué)信號(hào)。 按照電化學(xué)信號(hào)響應(yīng)分子的來(lái)源，電化學(xué)生物傳感器一般分為免標(biāo)記型和標(biāo)記型兩類。 在免標(biāo)記型電化學(xué)生物傳感器中，探針?lè)肿硬粫?huì)修飾電化學(xué)活性分子。一般將能夠產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)的電活性探針?lè)譃槿悾喝芤簲U(kuò)散型、嵌入型和原位生成型。 圖1.1 （a）信號(hào)衰減型電化學(xué)生物傳感器[8]；（b）信號(hào)增強(qiáng)型電化學(xué)生物傳感器[9] cDNA：互補(bǔ)DNA；Fc：二茂鐵；eT：電子轉(zhuǎn)移 習(xí)慣上將可以在溶液中形成自由擴(kuò)散狀態(tài)的氧化還原對(duì)稱作溶液擴(kuò)散型分子探針。鐵氰化鉀氧化還原對(duì)([Fe(CN)6]3-/4-)是一種經(jīng)典的負(fù)電荷溶液擴(kuò)散型分子探針[10， 11]。如果電極表面修飾有負(fù)電荷的核酸探針，那么核酸探針會(huì)排斥溶液中的[Fe(CN)6]3-/4-，限制其向電極表面擴(kuò)散，可檢測(cè)到較高的電化學(xué)阻抗值。如果向體系中加入帶有正電荷的靶標(biāo)分子，使其與負(fù)電荷的核酸探針進(jìn)行識(shí)別，核酸的負(fù)電性大大降低，[Fe(CN)6]3-/4-能夠自由擴(kuò)散到傳感器表面，在電化學(xué)信號(hào)上會(huì)呈現(xiàn)較低的電化學(xué)阻抗值。因此，利用電化學(xué)阻抗的變化可實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)分子的定量檢測(cè)。如圖 1.2 所示，Gao 等利用pH誘導(dǎo) i-motif核酸構(gòu)象進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換，在酸性環(huán)境下胞嘧啶呈現(xiàn)半質(zhì)子化狀態(tài)，核酸趨向 i-motif 構(gòu)象，分子正電性增強(qiáng)，[Fe(CN)6]3-/4-能夠更好地在電極表面產(chǎn)生電子傳遞，利用電化學(xué)阻抗的信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖和尿素的檢測(cè)[10]。[Ru(NH3)6]3+/2+是一種常用的正電荷溶液擴(kuò)散型探針[11， 12]。在靜電作用下，[Ru(NH3)6]3+/2+傾向于與帶負(fù)電荷的核酸相互作用，并且與雙鏈核酸的作用力會(huì)顯著高于單鏈核酸。對(duì)[Ru(NH3)6]3+/2+的電化學(xué)信號(hào)變化進(jìn)行分析能夠高效識(shí)別單鏈核酸和雙鏈核酸[13， 14]。羥基自由基具有剪切DNA的作用，對(duì)DNA探針上[Ru(NH3)6]3+/2+的電化學(xué)信號(hào)進(jìn)行定量分析，可以實(shí)現(xiàn)羥基自由基的靈敏檢測(cè)。 圖1.2 溶液擴(kuò)散型[Fe(CN)6]3-/4-探針用于電化學(xué)檢測(cè)葡萄糖和尿素[10] 嵌入型分子探針主要以非共價(jià)鍵的形式嵌入核酸骨架中，且單鏈核酸吸附探針?lè)肿拥哪芰γ黠@低于雙鏈核酸。這類探針多以平面的多環(huán)芳香分子為主，如柔紅霉素、亞甲基藍(lán)等[15， 16]。吸附探針的量越大，產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)越強(qiáng)，根據(jù)電化學(xué)信號(hào)的變化強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)單鏈與雙鏈核酸的區(qū)分，也可以用于靶標(biāo)分子的靈敏檢測(cè)。例如，Tang等將亞甲基藍(lán)嵌入到DNA鏈中，利用電化學(xué)信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)了癌胚抗原[17]和核酸[18]的靈敏檢測(cè)。Li等發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯（GO）與亞甲基藍(lán)之間具有較強(qiáng)的靜電吸附作用（圖1.3），GO可以吸附大量的亞甲基藍(lán)，從而使電化學(xué)信號(hào)增強(qiáng)。基于這種思路，他們提出了基于GO信號(hào)放大作用的免標(biāo)記型高靈敏傳感器用于腺苷三磷酸和凝血酶的電化學(xué)檢測(cè)[19]。 圖1.3 嵌入型亞甲基藍(lán)（MB）探針用于電化學(xué)檢測(cè)凝血酶和ATP[19] TBA：凝血酶的適配體；ABA：腺苷三磷酸的適配體；ADNA：錨定DNA；ATP：腺苷三磷酸；GO；氧化石墨烯 近幾年興起的貴金屬納米簇探針屬于原位生成型分子探針[20-24]。具有多個(gè)連續(xù)胞嘧啶序列的核酸探針和硝酸銀在還原劑（如硼氫化鈉）作用下，可以形成具有光化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)活性的銀納米簇。因此，原位生成納米簇的方法已被廣泛用于構(gòu)筑高靈敏的光電化學(xué)生物傳感器[25-32]。如圖1.4所示，Zhang等利用銀納米簇對(duì)H2O2的電催化性質(zhì)，首次提出將以DNA為模板合成的銀納米簇作為電活性探針構(gòu)筑免標(biāo)記型電化學(xué)生物傳感器，成功實(shí)現(xiàn)了 miRNA 的高靈敏檢測(cè)[33]。Tang課題組利用滾環(huán)放大技術(shù)，結(jié)合銀納米簇的電催化性質(zhì)，構(gòu)筑了對(duì)甲胎蛋白高靈敏、特異性檢測(cè)的電化學(xué)生物傳感器，檢測(cè)限低至0.8 pg/mL[27]。 圖1.4 原位生成型銀納米簇探針用于檢測(cè)miRNA[33] MCH：巰基己醇 標(biāo)記型電化學(xué)生物傳感器通常是將亞甲基藍(lán)、二茂鐵等電化學(xué)活性分子以共價(jià)鍵的形式修飾到核酸、蛋白質(zhì)等生物分子上。通過(guò)精確設(shè)計(jì)，靶標(biāo)分子與核酸探針結(jié)合后，探針的構(gòu)象發(fā)生變化，從而改變電活性探針與電極界面間的距離，使相應(yīng)的電化學(xué)信號(hào)強(qiáng)度也隨之發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定電化學(xué)信號(hào)的變化值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)分子的精確定量分析。例如，Ren等提出了一種標(biāo)記型DNA電化學(xué)生物傳感器，利用靶標(biāo)蛋白與MB標(biāo)記的發(fā)卡探針的特異性結(jié)合，使MB脫離電極表面，根據(jù)電化學(xué)信號(hào)的降低實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)分子的高靈敏測(cè)定[34]。如圖1.5所示，Gao等利用MB標(biāo)記的DNA作為信號(hào)探針，結(jié)合DNA鏈置換反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了可再生DNA電化學(xué)傳感器對(duì)p53基因單核苷酸多態(tài)性的靈敏檢測(cè)[35]。 圖1.5 亞甲基藍(lán)共價(jià)鍵標(biāo)記的核酸探針用于檢測(cè)p53基因單核苷酸多態(tài)性[35] et：電子轉(zhuǎn)移；SDR：鏈置換反應(yīng) 1.1.2 貴金屬納米探針在電化學(xué)生物傳感分析中的應(yīng)用 貴金屬納米粒子通常是指金（Au）、銀（Ag）、鉑（Pt）、鈀（Pd）等元素及其相應(yīng)的雙金屬、三金屬合金或核殼納米粒子。由于其尺寸和形狀可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此可以產(chǎn)生許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)[36]。基于貴金屬納米粒子構(gòu)建生物功能化納米探針，并結(jié)合信號(hào)放大技術(shù)，制備電化學(xué)生物傳感器，可以極大改善檢測(cè)的靈敏度和選擇性。因此，設(shè)計(jì)低毒、安全的貴金屬納米探針在生化分析領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[37]。 1.金納米探針 金納米探針具有許多獨(dú)特的性能，如精細(xì)可調(diào)的理化性質(zhì)、比表面積大、穩(wěn)定性好等。這些優(yōu)越的性能為金納米探針在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域的快速發(fā)展提供了有利條件[38-40]。生物功能化金納米探針具有制備方法簡(jiǎn)單快速、穩(wěn)定性好、生物相容性強(qiáng)、電化學(xué)性能好、電位范圍寬、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，是電分析領(lǐng)域*具發(fā)展前景的納米材料之一。 由于金納米粒子與多種藥物、生物標(biāo)志物具有較好的生物相容性，因此生物功能化金納米探針在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[39，41，42]。據(jù)報(bào)道，血漿S-亞硝基硫醇衍生物（RSNOS）的濃度與炎癥等疾病密切相關(guān)[43， 44]。Baldim等提出利用金納米探針構(gòu)建傳感檢測(cè)平臺(tái)，并將其成功應(yīng)用于生物介質(zhì)中RSNOS的靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限可低至100 nmol/L[43]。Taladriz-Blanco等以金納米探針為基礎(chǔ)制備了用于檢測(cè)RSNOS的電化學(xué)傳感器，在含有游離硫醇的條件下，采用超微電極實(shí)現(xiàn)了對(duì)RSNOS的分解[44]。如圖1.6所示，Wang等利用靜電吸附法，將金納米粒子固定在金屬-金屬卟啉網(wǎng)絡(luò)上，建立了基于Au NPs/MMPF-6（Fe） 圖1.6 基于Au NPs/MMPF-6（Fe）納米探針的羥胺電化學(xué)傳感器[45]
功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用 作者簡(jiǎn)介
張書圣，臨沂大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國(guó)家百千萬(wàn)人才工程，有突出貢獻(xiàn)中青年專家，教育部生化分析創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，泰山學(xué)者攀登計(jì)劃特聘教授，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，全國(guó)優(yōu)秀教師，山東省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家，山東省高等學(xué)校首席專家。2019年和2020年入選Elsevier“中國(guó)高被引學(xué)者榜單”。現(xiàn)任臨沂大學(xué)校長(zhǎng)，兼任Frontiers in Chemistry副主編、《化學(xué)學(xué)報(bào)》編委、《分析化學(xué)》編委、《應(yīng)用化學(xué)》編委。 長(zhǎng)期從事功能化納米材料在生化分析中的應(yīng)用研究。近年來(lái)，致力于單分子檢測(cè)、細(xì)胞成像與腫瘤精準(zhǔn)診療、新儀器研制等研究，自主研制了具有寬頻自適應(yīng)響應(yīng)的新型石英晶體微天平，與山東麥德盈華科技有限公司聯(lián)合研發(fā)了小動(dòng)物PET，CT/FMI三模態(tài)同機(jī)融合成像系統(tǒng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、“863”計(jì)劃主課題、國(guó)家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等十余項(xiàng)。獲得省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利25項(xiàng)，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nat.Protoc., Chem. Soc. Rev., Adv. Funct. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Chem. Sci., Anal. Chem.,以及《中國(guó)科學(xué)》等期刊上，總引用八千余次。
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