用于生物診斷的等離子納米材料

用于生物診斷的等離子納米材料量子點(diǎn)，磁性顆粒，碳管，貴金屬顆粒等優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)增強(qiáng)可調(diào)節(jié)的表面修飾極大的反應(yīng)表面積制備：表面修飾，防止聚集問(wèn)題：非特異作用不易用于生理溶液金屬納米顆粒（如金納米顆粒）由于其具有局部表面等離子共振（LSPR）現(xiàn)象而被用于檢測(cè)目標(biāo)生物分子原理：入射光激發(fā)→電子集體震蕩；入射光頻率和表面電子震蕩的固有頻率相符；效果：在可見(jiàn)光頻率上的顯著吸收峰；顆粒表面的強(qiáng)電磁場(chǎng)（可極化周圍局部的空間）；檢測(cè)基礎(chǔ)：納米顆粒和溶液接觸面的相互作用影響共振情況；可通過(guò)吸光度的變化以及溶液顏色變化來(lái)檢測(cè)；現(xiàn)象：球形AuNPs：均勻分布的溶液為亮紅色金納米棒（AuNRs）自由電子沿著長(zhǎng)軸和短軸震蕩，產(chǎn)生兩種等離子波長(zhǎng)；改變棒的長(zhǎng)寬比，可以使得長(zhǎng)軸等離子波長(zhǎng)在近紅外區(qū)（NIR），可用700-900nm范圍的探測(cè)器檢測(cè)；血紅蛋白和水的吸光度最低，光最大穿過(guò)血液和組織；金納米星（Aunanostars）突出尖角上有增強(qiáng)場(chǎng)；被測(cè)分子容易接近；LSPR峰向NIR移動(dòng)；基于納米顆粒組裝現(xiàn)象：分散顆粒聚集，顯著顏色變化（紅→藍(lán)）；應(yīng)用：比色法檢測(cè)或吸光度偏移檢測(cè)；比色法不足：1.極限靈敏度低；2.動(dòng)態(tài)范圍窄；待測(cè)物引起的折射率變化待測(cè)物進(jìn)入LSPR范圍引起折射率局部擾動(dòng)；標(biāo)記法影響待測(cè)物性質(zhì)增加實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度；LSPR的無(wú)標(biāo)記生物檢測(cè)靈敏度高；酶控生長(zhǎng)比色檢測(cè)納米結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致LSPR峰的劇烈偏移：1.新顆粒的成核和生長(zhǎng)；2.在已有顆粒的殼結(jié)構(gòu)受控生長(zhǎng)；基于AuNP聚集，檢測(cè)癌細(xì)胞在AuNPs覆蓋寡核苷酸適配子，AuNPs連接到靶細(xì)胞（癌細(xì)胞），AuNPs有效聚集，顏色變化（紅移）；檢測(cè)極限（LOD）為90個(gè)細(xì)胞在透明溶液；不足：有色血清無(wú)法檢測(cè)，需預(yù)處理；基于AuNP聚集，檢測(cè)唾液與尿液溶菌酶：在白血病，肺結(jié)核和嚴(yán)重細(xì)菌傳染病時(shí)溶菌酶豐度上升；在AuNPs表面覆蓋溶菌酶DNA適配子，在鹽溶液中穩(wěn)定分布；溶菌酶存在，適配子優(yōu)先結(jié)合酶，AuNPs上適配子脫落，AuNPs聚集，顏色紅→藍(lán)；1nM足夠產(chǎn)生可檢測(cè)到的顏色變化?；贏uNP聚集，檢測(cè)唾液與尿液溶菌酶Ag粒子在Au納米星溶液中不同生長(zhǎng)方式反比例檢測(cè)：傳統(tǒng)信號(hào)正比于濃度，限制了低濃度檢測(cè)；葡萄糖氧化酶（GOx）濃度低-Ag離子多-吸附生長(zhǎng)-強(qiáng)藍(lán)移；Gox濃度高-Ag離子少-成核生長(zhǎng)-弱藍(lán)移；前列腺特異抗原（PSA）為例，極限為10-18gmL-1（4×10-20M）；AuNPs的等離子屬性實(shí)現(xiàn)超低濃度檢測(cè)（肉眼可見(jiàn)的顏色變化）：超敏檢測(cè)常需精細(xì)儀器設(shè)備和昂貴的試劑；待測(cè)物捕獲，引入酶標(biāo)抗體，加入AuNP前體，形成AuNP；過(guò)氧化氫濃度高-非聚集球形NPs，溶液顏色為紅色；過(guò)氧化氫濃度低-聚集的NPs，溶液為藍(lán)色；Ag粒子在Au納米星溶液中不同生長(zhǎng)方式反比例檢測(cè)AuNPs的等離子屬性實(shí)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的超低濃度檢測(cè)調(diào)節(jié)AuNRs長(zhǎng)寬比檢測(cè)HNsAg：HBsAg濃度下線為0.01IU/mL，比傳統(tǒng)ELISA低40倍；區(qū)分乙肝陽(yáng)性樣本和陰性對(duì)照組，紅移大概為4.3-30nm；基于溶液的LSPR：1.極大的檢測(cè)表面積 2.高擴(kuò)散率可提高反應(yīng)速度和靈敏度AuNRs和MNPs共同檢測(cè)心肌肌鈣蛋白（cTnI）：磁性納米顆粒（MNPs）用于增強(qiáng)折射率和質(zhì)量；MNPs也可用于分離和富集目標(biāo)分子在復(fù)雜的生理環(huán)境下；30pM的下限，平均增強(qiáng)210%的紅移；多種待測(cè)物同時(shí)檢測(cè)：AuNRs的不同長(zhǎng)寬比設(shè)計(jì)檢測(cè)器無(wú)需預(yù)處理調(diào)節(jié)AuNRs長(zhǎng)寬比檢測(cè)HNsAgAuNRs和MNPs共同檢測(cè)心肌肌鈣蛋白（cTnI）雙層AuNPs和TiO2構(gòu)成表面檢測(cè)磷酸化后的血纖維蛋白肽A：雙層AuNPs產(chǎn)生800nm的LSPR吸收峰；TiO2用來(lái)結(jié)合磷酸化物質(zhì)；基于表面的LSPR：1.固定探測(cè)器在基底，方便洗滌2.消除了增強(qiáng)的感受表面積適配子-抗原-抗體復(fù)合體：增加待測(cè)物的質(zhì)量來(lái)增強(qiáng)LSPR偏移；可重復(fù)利用：80次使用減少5%的成鍵效果；懸浮金納米盤(pán)：暴露更大Au表面積，使得電磁場(chǎng)重新分布；結(jié)合了溶液和表面LSPR檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)；表面增強(qiáng)拉曼散射提供一個(gè)敏感的光學(xué)技術(shù)來(lái)檢測(cè)待測(cè)物問(wèn)題：拉曼信號(hào)過(guò)弱，限制低濃度檢測(cè)解決方案靠近粗糙貴金屬表面，拉曼信號(hào)增強(qiáng)SERS：快速，無(wú)標(biāo)記檢測(cè)高敏感度、特異性和靈活性受溶液中水的干擾少，LOD可提高檢測(cè)范圍大，峰值范圍窄拉曼散射：非彈性相互作用Raleigh散射：大部分保留入射光能量反Stokes拉曼散射：獲得能量Stokes拉曼散射：損失能量光譜上不同能量差對(duì)應(yīng)不同待測(cè)物無(wú)標(biāo)記固有拉曼檢測(cè)增強(qiáng)原理：待測(cè)物接近納米金屬表面1.葡萄糖探測(cè)2.DNA探測(cè)3.細(xì)胞內(nèi)藥效監(jiān)控外部標(biāo)記拉曼檢測(cè)增強(qiáng)原理：金屬表面被拉曼reporter修飾1.DNA檢測(cè)2.SERS免疫分析蛋白3.哺乳類動(dòng)物細(xì)胞組織SERS檢測(cè)和成像納米銀球構(gòu)成銀薄膜基底，DT修飾：無(wú)1-硫代癸烷（DT）單層膜時(shí)，無(wú)法檢測(cè)濃度可低于5mM皮下在體葡萄糖檢測(cè)：DT和MH共同修飾，葡萄糖固定于SERS活躍區(qū)；植入皮下，17天有效，ICU病人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用于糖尿病的診斷DT和MH共同修飾納米銀球硫醇化DNA檢測(cè)：連接到AuNPs表面提供SERS光譜受腺嘌呤（A）震動(dòng)帶控制未硫醇化DNA檢測(cè)：MgSO4導(dǎo)致的AgNPs聚集檢測(cè)；A/G和A/C間的單核苷多態(tài)性（突變）用于遺傳疾病診斷，主要檢測(cè)單核苷多態(tài)性（SNP）嘌呤類似物監(jiān)控：巰基嘌呤初始在AuNPs上，被GSH替換使用三肽為對(duì)照組，GSH調(diào)控的給藥機(jī)理SERS/熒光成像，單細(xì)胞抗癌藥物釋放：DOX連接AuNP，SERS可測(cè)得，熒光沒(méi)有酸性pH使DOX釋放，SERS減少，熒光可見(jiàn)嘌呤類似物監(jiān)控SERS/熒光成像，單細(xì)胞抗癌藥物釋放拉曼染色的AuNPs：8種致病DNA被標(biāo)記，成功檢測(cè)出使用不同熒光和AgNPs標(biāo)記，無(wú)需分離AuNP-AuNWSERS探測(cè)致病DNA：NW和NP間的拉曼染色子高度活躍使用4種DNA探針同時(shí)探測(cè)多種DNAAuNP-AuNWSERS探測(cè)致病DNA檢測(cè)粘蛋白（MUC4）（胰腺癌標(biāo)志物）：4-（四唑氮藍(lán)）NBT用于讀出信號(hào)五種血漿樣本的不同拉曼強(qiáng)度聚苯乙烯（PS）微球?yàn)榛祝喝芤褐斜裙虘B(tài)基底更快所需檢測(cè)時(shí)間為5min單層碳納米管（SWNTs）高敏感顯色：蛋白在微陣列中被檢測(cè)蛋白顏色不同檢測(cè)粘蛋白（MUC4）單層碳納米管（SWNTs）高敏感顯色AuNPs檢測(cè)腫瘤，表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）過(guò)表達(dá)：DTTC：拉曼reporter，硫化聚乙二醇（PEG-SH）：穩(wěn)定，單鏈抗體可變區(qū)基因片段（ScFv）連NP，可與EGFR結(jié)合在體深度可達(dá)4.5-5cm近紅外區(qū)SERS最優(yōu)reporter：CyNAMLA-381最優(yōu)，12倍高于標(biāo)準(zhǔn)DTTC被BSA和戊二醛保護(hù)，防止聚集和reporter解離確定腦腫瘤邊界：指導(dǎo)腫瘤切除手術(shù)AuNPs檢測(cè)腫瘤確定腦腫瘤邊界近紅外區(qū)SE