納米熒光傳感器用于細(xì)胞及活體內(nèi)過氧化氫的快速、高靈敏檢測.pdf

1、活性氧（ROS）是維持組織和器官的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)態(tài)的一類非常重要的生物活性分子。其中，過氧化氫（H2O2）不僅是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使，也是氧化應(yīng)激的重要標(biāo)記物。過量產(chǎn)生的H2O2會導(dǎo)致氧化損傷，從而引起衰老和心血管疾病、糖尿病、癌癥等。因此，監(jiān)控細(xì)胞及活體內(nèi) H2O2的濃度變化和時空分布變得尤為重要。熒光成像技術(shù)靈敏度高、選擇性好、對生物體無損壞，已成為 H2O2檢測的最佳方法。但是由于 H2O2具有壽命短、反應(yīng)活性較大、濃度低以及對環(huán)

2、境敏感等特點(diǎn)，使得研究起來存在一定困難。此外，目前用于檢測 H2O2的小分子熒光探針大多存在選擇性差、響應(yīng)速度慢，熒光量子產(chǎn)率低、易光漂白等不足，難以真實(shí)反映細(xì)胞及活體內(nèi) H2O2的水平變化。因此，迫切需要發(fā)展高選擇、高靈敏、快速響應(yīng)的H2O2熒光探針或傳感器，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞及活體內(nèi)H2O2實(shí)時、動態(tài)的可視化示蹤。
　　納米技術(shù)的發(fā)展恰為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了契機(jī)。納米材料由于其納米級別的尺寸，使其具有超常的化學(xué)反應(yīng)活性、分散與團(tuán)聚能力

3、、催化性能以及吸附能力。因此，可與DNA分子通過π?π堆積、靜電力及金屬配位等多種分子間作用力組裝成納米熒光探針/傳感器，為生物分子的檢測提供了有力工具。雖然它們在蛋白質(zhì)、核酸等大分子檢測方面已有很多應(yīng)用，然而用于小分子H2O2檢測成像的研究還鮮有報(bào)道。
　　鑒于此，本文綜述了熒光探針在 H2O2檢測方面的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，并基于配位競爭和無酶信號放大機(jī)理，利用氧化鈰納米線（CeO2 NWs）和氧化石墨烯（GO）兩種納米材料與D

4、NA和H2O2之間的特殊吸附作用，構(gòu)建了以下兩種H2O2納米熒光傳感器實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞及活體內(nèi)H2O2的快速、高選擇性和高靈敏度的檢測：
　　1、基于配位競爭，發(fā)展了一種由CeO2 NWs與羧基熒光素（FAM）標(biāo)記的單鏈（ss） DNA組裝而成的H2O2納米熒光傳感器CeO2 NWs-DNA（CNWD）。由于CeO2 NWs的高熒光猝滅效率，通過磷酸根與Ce4+配位而吸附的DNA的熒光被猝滅；當(dāng)遇到H2O2時，由于H2O2與Ce4+的更

5、高配位能力，吸附的DNA被競爭下來，熒光恢復(fù)。而且CeO2 NWs高長寬比的一維納米結(jié)構(gòu)使得DNA吸附密度提高，隨之靈敏度也得到提高?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的CNWD對H2O2具有瞬時響應(yīng)和高選擇性的特點(diǎn)，且能夠?qū)罴?xì)胞內(nèi)的H2O2進(jìn)行示蹤并能對斑馬魚氧化損傷產(chǎn)生的 H2O2實(shí)時成像。這種傳感器提供了一種全新的簡便的檢測H2O2的方法，對于發(fā)現(xiàn)和研究H2O2調(diào)控的信號通路尤為重要。更重要的是，通過利用合適的納米材料和功能化的DNA，這種配

6、位競爭的機(jī)理能夠用于多種活性小分子的檢測。
　　2、基于無酶信號放大，發(fā)展了一種組合納米熒光傳感器CeO2 NWs/GO（CG）來對細(xì)胞內(nèi)的H2O2進(jìn)行高靈敏熒光成像。首先設(shè)計(jì)合成了3條花菁5（Cy5）標(biāo)記的、可發(fā)生雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（HCR）的ssDNA，分別為Flare、發(fā)卡型H1和H2。由于CeO2 NWs和GO均具有良好的熒光猝滅能力，且都能吸附ssDNA，因此我們用CeO2 NWs和Flare、GO和H1/H2分別合成了CF以

7、及GH，然后將二者2:1組合為CG納米熒光傳感器。當(dāng)H2O2存在的時候，可以使CeO2 NWs表面吸附的Flare釋放下來，發(fā)生熒光的恢復(fù)；釋放下來的Flare會接著與GO上吸附的H1/H2發(fā)生HCR形成長的雙鏈（ds）DNA，由于GO對DNA雙鏈的吸附力遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于單鏈，因此雙鏈上的Cy5也隨之遠(yuǎn)離GO，熒光信號進(jìn)一步增強(qiáng)。與納米熒光傳感器CNWD相比，CG顯著提高了H2O2檢測的靈敏度，檢測限低至100 nM，可以更好的用于細(xì)胞內(nèi)源性