核酸功能化稀土基纳米材料在生物检测中的应用

体内一些生物分子和离子的水平通常与细胞、组织、器官等结构和功能的变化相关,从而直接影响到疾病的预防、诊断和治疗,因此对体内这些物质的生物检测在医疗和健康领域具有重要的意义.基于稀土基纳米材料构建的纳米荧光探针具有灵敏度高、简单高效、抗干扰能力强等优点,在生物检测方面具有巨大的潜力.对稀土基纳米材料的核酸功能化能够进一步为纳米荧光探针提供更好的特异性识别能力和生物相容性,从而增强其在复杂样品中的生物检测能力.本综述总结了核酸功能化的稀土基纳米材料作为纳米荧光探针在生物检测领域的研究进展,简要介绍了其主要种类和性能、检测机理及检测物质,最后对该领域面临的挑战及未来的发展方向进行了展望.     

稀土掺杂上转换纳米材料在兽药残留检测领域的应用

食品和环境中兽药残留问题时有发生,对人类健康构成很大的潜在威胁。随着人们对美好生活和同一健康的向往和不断追求,对微量甚至痕量兽药残留的分析检测已显得日益迫切和重要。因此,构建对兽药残留进行灵敏、准确、稳定、简便、快速检测的方法已成为一个热点研究领域。稀土掺杂上转换纳米材料(REEs-UCNPs)作为一种新兴的纳米荧光材料,具有独特的反斯托克斯发光性质,由于其具有荧光寿命长、光散射小、激发光生物组织穿透深度大且对组织损伤小等显著优点,在分析检测领域逐步凸显出巨大优势。本文重点介绍了基于REEs-UCNPs构建荧光共振能量转移核酸适配体传感器、磁性纳米颗粒结合核酸装配体传感器、荧光免疫探针以及现场快速检测等在兽药残留检测方面的研究进展,并对其应用前景进行了探讨和展望。     

核酸适配体在重金属检测中的应用研究

随着工业化生产的快速发展,由重金属离子带来的环境污染也越来越引起了人们的高度重视.科研人员通过不同的检测方法对重金属离子进行检测.由于核酸适配体对重金属离子的选择性较高,使得其在重金属检测中的应用越来越广.     

毛细管电泳在核酸适配体研究及核酸适配体筛选中的应用

核酸适配体是指通过指数富集配体系统进化(SELEX)技术从随机寡核苷酸文库中筛选得到的高亲和性与特异性的寡核苷酸序列配体。毛细管电泳是高效、快速、低成本的微量分离分析技术。应用毛细管电泳高效、快速筛选核酸适配体是近几年出现的新方法。本文介绍了核酸适配体筛选过程中的主要分离方法如亲和色谱、醋酸纤维素膜、凝胶电泳和磁性分离等方法,并对近年来毛细管电泳在核酸适配体中的亲和作用研究以及用于核酸适配体筛选(CE-SELEX)的主要方法(ECEEM,NECEEM,Non-SELEX和三者比较)和研究进展进行了综述。     

基于cell-SELEX的核酸适配体-纳米材料复合物用于癌细胞检测研究进展

发展高灵敏、高选择性的癌细胞检测方法是实现癌症的早期诊断和治疗的关键.基于cell-SELEX（指数富集配体系统进化法）新技术筛选出的核酸适配体,因其对癌细胞的高亲和力和高特异性,以及体积小、免疫原性小、易于进行化学修饰等优点,已被广泛应用于癌细胞的检测.此外,核酸适配体与纳米材料,包括金属纳米粒子、量子点、纳米二氧化硅和碳纳米材料等结合后,将会增强其对癌细胞的识别能力.本文综述了近年来基于cell-SELEX技术筛选出的核酸适配体与纳米材料结合所形成的复合物作为新型分子工具用于增强癌细胞识别和检测的研究进展,并对此领域的未来发展作了展望.     

基于核酸适配体和纳米材料的凝血酶蛋白特异性识别电化学生物传感器

介绍了一种结合核酸适配体技术和纳米技术,以凝血酶蛋白为研究对象的高效、高灵敏、特异性识别蛋白质的电化学生物传感器. 利用金纳米颗粒标记的核酸适配体以及被固定在磁性纳米颗粒上的核酸适配体与凝血酶蛋白同时结合形成磁性颗粒/凝血酶/纳米金胶的三明治结构, 利用磁性分离, 将金胶纳米颗粒特异性地吸着到电极表面, 通过检测电极上金胶的电化学信号, 实现对凝血酶靶蛋白的检测. 这种生物传感器对凝血酶蛋白具有很高的特异性识别能力, 其检测不受其他蛋白质如牛血清白蛋白等存在的干扰, 可应用于实际血浆中凝血酶的检测. 由于利用磁性纳米颗粒使得分离、富集和测定在同一个自制的电化学反应池中进行, 其操作不仅简单, 而且检测的灵敏度得到提高. 该蛋白质生物传感器的线性范围为5.6×10^-12 ~ 1.12×10^-9 mol/L, 检测限可以达到1.42×10^-12 mol/L.     

稀土上转换纳米材料在microRNAs检测中的应用

在疾病的发生与发展过程中,常伴随着某些microRNAs的异常表达.microRNAs是一类非编码的小RNA分子,可以作为基因表达的后转录调节因子,在一些基本的生理和病理过程中发挥作用.研究表明,microRNAs可以作为生物标志物,用于疾病的诊断与治疗.传统的microRNAs检测方法存在灵敏度低、选择性差等缺点,难...     

核酸适配体生物传感器在三聚氰胺检测中的应用进展

三聚氰胺常被非法添加到食品中,以提高食品中蛋白质的含量。但是,三聚氰胺一旦进入体内,会对人们的健康造成伤害。因此,对三聚氰胺的检测十分必要。为了弥补传统仪器检测法和免疫检测法的不足,基于核酸适配体开发了一系列新的生物传感器,用于三聚氰胺的检测。按照与三聚氰胺的不同识别机制,把这些新的生物传感器分成了四类,分别为基于多聚胸腺嘧啶DNA链和三聚氰胺识别的生物传感器、基于无嘌呤位点的三链DNA结构和三聚氰胺识别的生物传感器、基于核酸适配体和三聚氰胺识别的生物传感器、基于三聚氰胺和汞离子/铜离子等配位识别的生物传感器。本文按照上述四类方法逐个展开,对核酸适配体生物传感器在三聚氰胺检测中的应用进行了综述,并对它们的优缺点进行阐述。     

基于核酸适配体的生物标志物检测方法研究进展

核酸适配体是指能与特定靶分子结合的寡核苷酸链。因其具有易修饰、易合成和低免疫原性等特点,作为生物传感器的靶向元件,已广泛应用于各种生物标志物检测技术中。本文综述了近年来基于核酸适配体的生物标志物的检测技术在癌症、心血管疾病、阿尔兹海默症、抑郁症等多个疾病领域的诊断研究进展,列举核酸适配体新兴技术的创新应用,以期为生物标志物的检测提供新思路,也有望为相关疾病的早期诊断和治疗提供参考。     

核酸适配体在多肽研究中的应用

多肽在生命体的生理过程中发挥着重要作用,其生理功能一直是生物学、药理学和医学等领域的重要研究内容.核酸适配体是经体外筛选获得的单链DNA或RNA,能与靶标高亲和力、高特异性地结合,有"化学抗体"或"化学家的抗体"之称.以多肽为靶标筛选获得的核酸适配体主要有两大用途:一是基于其识别功能,作为亲和试剂来建立分析检测方法或开展生物成像研究;二是基于它们的生物学活性,作为拮抗剂在活体水平影响靶标多肽的正常功能,阻碍下游信号通路,从而对疾病进行治疗.本文总结了近年来以多肽为靶标筛选的核酸适配体在体内及体外的用途,并探讨了其在筛选、表征及应用中存在的问题,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

电化学方法制备稀土材料及稀土在电化学中的应用

电化学方法制备稀土材料及稀土在电化学中的应用①杨绮琴童叶翔（中山大学化学与化学工程学院广州５１０２７５）稀土元素内层４ｆ电子的数目从０向１４个逐个填满,造成它们之间在光学、磁学、电学性能上出现明显差异,衍生出种类繁多的高新材料．我国的稀土资源非常丰...     

High‐Capacity Upconversion Wavelength and Lifetime Binary Encoding for Multiplexed Biodetection

Optical multiplexing plays an important role in fields ranging from advanced biological assays to security. However, conventional codes based on fluorescent color and intensity are limited to spectral overlap and background interference. Herein, we present a new multiplexing concept by manipulating the luminescence emission color and decay lifetimes of upconversion nanoparticles (τ_λ‐UCNPs) separately for the first time through designing the core/multi‐shell structure and controlled energy relay method. This new color/lifetime binary strategy exhibits exponentially scalable encoding capacity (>10⁵), three orders of magnitudes higher than that of conventional color/intensity way. The strategy enables the multiplexed detection of human papilloma virus (HPV) subtypes in patient samples and robust anti‐counterfeiting. This work opens new opportunities for optical multiplexing with luminescent materials.     

Rare‐Earth Nanoparticles with Enhanced Upconversion Emission and Suppressed Rare‐Earth‐Ion Leakage

Upconversion emissions from rare‐earth nanoparticles have attracted much interest as potential biolabels, for which small particle size and high emission intensity are both desired. Herein we report a facile way to achieve NaYF₄:Yb,Er@CaF₂ nanoparticles (NPs) with a small size (10–13 nm) and highly enhanced (ca. 300 times) upconversion emission compared with the pristine NPs. The CaF₂ shell protects the rare‐earth ions from leaking, when the nanoparticles are exposed to buffer solution, and ensures biological safety for the potential bioprobe applications. With the upconversion emission from NaYF₄:Yb,Er@CaF₂ NPs, HeLa cells were imaged with low background interference.     

稀土氟化物上转换荧光增强及应用

稀土氟化物上转换纳米材料具有化学稳定性高、反斯托克位移大、无光漂白、荧光寿命长、发光谱带窄和穿透深度深等优点,在荧光成像和光热疗、传感器、太阳能电池及防伪技术等领域具有广泛的应用前景,是一种极具发展潜力的荧光材料。然而该类材料在实际应用时还存在有荧光效率低、吸收截面小等亟待解决的瓶颈问题。针对以上问题,本文系统阐述了离子共掺杂、核壳结构、表面等离子耦合、光子晶体、宽频敏化和热效应等增强稀土氟化物上转换荧光的方法及其近年的研究进展。并在此基础上,总结了近年来荧光增强稀土氟化物上转换纳米材料在生物成像和光热疗、生物传感、太阳能电池及防伪技术等领域的应用研究现状。最后,分析了稀土氟化物UCNPs目前仍存在的不足,并对将来的发展方向进行了展望。     

采用纳米金和荧光标记的适配体检测凝血酶

将荧光染料分子标记的含29个碱基的可识别凝血酶的DNA适配体非特异吸附到纳米金表面,荧光发生猝灭,加入凝血酶后,凝血酶与适配体特异性结合,使适配体空间结构发生改变,荧光染料分子远离纳米金表面,荧光恢复,因此可以实现对凝血酶的检测。实验结果表明,这种检测方法简便、快速、特异性强,检出限为0.54 nmol/L(对应样品体积为200μL)。     

Bright Infrared-to-Ultraviolet/Visible Upconversion in Small Alkaline Earth-Based Nanoparticles with Biocompatible CaF2 Shells

Upconverting nanoparticles (UCNPs) are promising candidates for photon-driven reactions, including light-triggered drug delivery, photodynamic therapy, and photocatalysis. Herein, we investigate the NIR-to-UV/visible emission of sub-15 nm alkaline-earth rare-earth fluoride UCNPs (M_1−xLn_xF_2+x, MLnF) with a CaF₂ shell. We synthesize 8 alkaline-earth host materials doped with Yb³⁺ and Tm³⁺, with alkaline-earth (M) spanning Ca, Sr, and Ba, MgSr, CaSr, CaBa, SrBa, and CaSrBa. We explore UCNP composition, size, and lanthanide doping-dependent emission, focusing on upconversion quantum yield (UCQY) and UV emission. UCQY values of 2.46 % at 250 W cm⁻² are achieved with 14.5 nm SrLuF@CaF₂ particles, with 7.3 % of total emission in the UV. In 10.9 nm SrYbF:1 %Tm³⁺@CaF₂ particles, UV emission increased to 9.9 % with UCQY at 1.14 %. We demonstrate dye degradation under NIR illumination using SrYbF:1 %Tm³⁺@CaF₂, highlighting the efficiency of these UCNPs and their ability to trigger photoprocesses.     

优化稀土上转换纳米材料发光的方法

稀土上转换纳米材料(Upconversion Nanoparticles,UCNPs)可将近红外光转换为可见光,其发光性能优异、化学性质稳定、激发光能有效避免自荧光,因此在生物医学领域应用广泛。但UCNPs的低发光效率限制了其进一步发展。本文综述了近年来研究较多的几种优化稀土上转换纳米材料发光的方法,主要包括调整基质材料和掺杂离子、过渡金属离子与镧系离子共掺杂、引入协同敏化剂减少热效应、有机染料与UCNPs协同作用以及金属表面等离子体共振增强法等。文中分别论述了上述方法的最新研究进展,并总结了这些方法目前存在的问题,指出上转换发光领域的研发重点:一是着重分析各种优化发光方法的作用机理,提出更加完备清晰的理论体系;二是探索更容易被生物体降解的UCNPs,使其副作用降到最低。     

Engineered Upconversion Nanoparticles for Resolving Protein Interactions inside Living Cells

Upconversion nanoparticles (UCNPs) convert near‐infrared into visible light at much lower excitation densities than those used in classic two‐photon absorption microscopy. Here, we engineered <50 nm UCNPs for application as efficient lanthanide resonance energy transfer (LRET) donors inside living cells. By optimizing the dopant concentrations and the core–shell structure for higher excitation densities, we observed enhanced UCNP emission as well as strongly increased sensitized acceptor fluorescence. For the application of these UCNPs in complex biological environments, we developed a biocompatible surface coating functionalized with a nanobody recognizing green fluorescent protein (GFP). Thus, rapid and specific targeting to GFP‐tagged fusion proteins in the mitochondrial outer membrane and detection of protein interactions by LRET in living cells was achieved.     

基于多边形金纳米颗粒的非标记型可卡因适体传感器的研制

实验合成了多边形金纳米颗粒,通过壳聚糖(CHIT)将合成的多边形金纳米颗粒固定在玻碳电极表面,然后通过自组装技术将带巯基的捕获DNA探针固定在修饰有多边形金纳米颗粒的电极表面,利用杂交反应使可卡因适体与DNA捕获探针结合,制成非标记型可卡因适体传感器。以六氨合钌作为电化学指示剂,通过测量传感器与目标物可卡因结合前后电流变化情况对可卡因进行测定。考察了缓冲溶液的pH、可卡因培育时间、扫描速度等对测定的影响。结果表明,在pH为7.40时该传感器的检测范围为1.0×10-10～1.0×10-3 mol/L,检测限为3.0×10-11 mol/L。该传感器制作简单,响应好,抗干扰能力强。