2024年6月5日发(作者：扈丽珠)
基于金纳米颗粒的荧光核酸探针用于细胞内传感分析
DNA本是生命体中的重要物质之一，它在各种生命活动中起着重要的作用。近年来，
由于DNA分子具有独特的碱基配对特性、容易体外合成且保持性质稳定、设计灵活等优
势，借助于现代化学技术，科学家们开始将DNA引入到各种检测方法的设计中来。随着
研究的发展，一系列基于DNA的检测方法被相继报道：如比色法，电化学检测法和荧光
检测法等，并已经逐步在生物分析、环境监测、药物筛选、疾病诊断与治疗等领域得到广
泛应用。在这些分析技术中，荧光分析因其检测快速、操作简单、灵敏度高等优点，常被
科学家们用作检测手段。同时，DNA能够很容易地修饰上荧光基团，且荧光信号稳定，因
此科学家们研制出了许多类型的DNA荧光探针，如TaqMan探针、阴阳探针、分子信标
等。DNA荧光探针通常是在DNA上分别标记荧光基团和淬灭基团，在没有目标物存在时，
荧光基团与淬灭基团互相靠近，荧光被淬灭，当有目标物存在时，荧光基团远离淬灭基团，
荧光得以恢复。而金颗粒具有很好的荧光淬灭特性，因此它能替代淬灭基团使用，同时金
纳米颗粒的比表面积大、表面功能化易于控制，使得巯基化的DNA很容易的通过Au-S
键修饰到金颗粒上。因此，利用DNA和金纳米颗粒可以构建各种具有特定功能的荧光探
针。基于金纳米颗粒的荧光核酸探针在体外已经被广泛应用于离子、蛋白质、核酸等的检
测中。同时，金纳米颗粒的直径在1-100 nm之间，是一种理想的介导材料，可以实现探
针的细胞内输送。因此，基于金纳米颗粒的荧光核酸探针可以进入生物组织内部，探测各
种生物分子的生理功能，在分子水平上揭示生命奥秘。
1 基于金纳米颗粒的荧光核酸探针用于细胞内传感的基础
当我们要实现活细胞内目标分子检测之前，有两个重要的问题必须得到解决：第一、
如何克服细胞膜的屏障，将探针输送至细胞内并保持细胞与探针的活性；第二、如何在活
细胞内这样复杂的生物系统中保持探针的稳定性。基于金纳米颗粒的荧光核酸探针在上述
两个方面展现了独特的优越性，如易于进入细胞、保护DNA抗酶切、生物相容性好等，
而这些优势也成为其能够被用于复杂的细胞内环境中对各种生命物质进行检测与成像的重
要基础。
1.1 细胞摄取
活细胞是一个复杂的生物体系，细胞膜具有高度防御能力，不会让外界物质轻易进入。
有些物质在进入细胞时会在细胞膜上产生出一个小小的过渡性洞穴，即使这样也会使细胞
膜破裂导致细胞死亡。幸运地是科学家们发现金纳米颗粒可以直接穿入细胞而不会在细胞
膜上留下洞穴，从而不会引起细胞死亡。金纳米颗粒进入细胞的速度与其尺寸、形貌及表
面修饰化学等有关。如图 1.3 所示，Chan等研究发现，不同粒径和形貌的金纳米颗粒进
入细胞的速度和数量都是不同的。
图 1.3 （a）不同粒径的金纳米颗粒在细胞中的吸收数量；（b-f）不同尺寸的金颗粒
在细胞
2024年6月5日发(作者：扈丽珠)
基于金纳米颗粒的荧光核酸探针用于细胞内传感分析
DNA本是生命体中的重要物质之一，它在各种生命活动中起着重要的作用。近年来，
由于DNA分子具有独特的碱基配对特性、容易体外合成且保持性质稳定、设计灵活等优
势，借助于现代化学技术，科学家们开始将DNA引入到各种检测方法的设计中来。随着
研究的发展，一系列基于DNA的检测方法被相继报道：如比色法，电化学检测法和荧光
检测法等，并已经逐步在生物分析、环境监测、药物筛选、疾病诊断与治疗等领域得到广
泛应用。在这些分析技术中，荧光分析因其检测快速、操作简单、灵敏度高等优点，常被
科学家们用作检测手段。同时，DNA能够很容易地修饰上荧光基团，且荧光信号稳定，因
此科学家们研制出了许多类型的DNA荧光探针，如TaqMan探针、阴阳探针、分子信标
等。DNA荧光探针通常是在DNA上分别标记荧光基团和淬灭基团，在没有目标物存在时，
荧光基团与淬灭基团互相靠近，荧光被淬灭，当有目标物存在时，荧光基团远离淬灭基团，
荧光得以恢复。而金颗粒具有很好的荧光淬灭特性，因此它能替代淬灭基团使用，同时金
纳米颗粒的比表面积大、表面功能化易于控制，使得巯基化的DNA很容易的通过Au-S
键修饰到金颗粒上。因此，利用DNA和金纳米颗粒可以构建各种具有特定功能的荧光探
针。基于金纳米颗粒的荧光核酸探针在体外已经被广泛应用于离子、蛋白质、核酸等的检
测中。同时，金纳米颗粒的直径在1-100 nm之间，是一种理想的介导材料，可以实现探
针的细胞内输送。因此，基于金纳米颗粒的荧光核酸探针可以进入生物组织内部，探测各
种生物分子的生理功能，在分子水平上揭示生命奥秘。
1 基于金纳米颗粒的荧光核酸探针用于细胞内传感的基础
当我们要实现活细胞内目标分子检测之前，有两个重要的问题必须得到解决：第一、
如何克服细胞膜的屏障，将探针输送至细胞内并保持细胞与探针的活性；第二、如何在活
细胞内这样复杂的生物系统中保持探针的稳定性。基于金纳米颗粒的荧光核酸探针在上述
两个方面展现了独特的优越性，如易于进入细胞、保护DNA抗酶切、生物相容性好等，
而这些优势也成为其能够被用于复杂的细胞内环境中对各种生命物质进行检测与成像的重
要基础。
1.1 细胞摄取
活细胞是一个复杂的生物体系，细胞膜具有高度防御能力，不会让外界物质轻易进入。
有些物质在进入细胞时会在细胞膜上产生出一个小小的过渡性洞穴，即使这样也会使细胞
膜破裂导致细胞死亡。幸运地是科学家们发现金纳米颗粒可以直接穿入细胞而不会在细胞
膜上留下洞穴，从而不会引起细胞死亡。金纳米颗粒进入细胞的速度与其尺寸、形貌及表
面修饰化学等有关。如图 1.3 所示，Chan等研究发现，不同粒径和形貌的金纳米颗粒进
入细胞的速度和数量都是不同的。
图 1.3 （a）不同粒径的金纳米颗粒在细胞中的吸收数量；（b-f）不同尺寸的金颗粒
在细胞