多彩金纳米簇:从结构到生物传感和成像

金纳米簇是一种具有发光性能的“类分子”新兴纳米材料.通过调控金原子数目和配体组成性质,金纳米簇可以实现同激发光下不同波段发射,从而展现出“五彩缤纷”的发光特性,这使其被广泛应用于光催化、光学器件、传感和成像等多个领域.因此,开发和优化具有优异发光性能的金纳米簇一直是化学、材料和生物学科的研究热点.本文立足于金纳米簇的发...     

铋基纳米颗粒用于生物传感和生物成像的研究进展

铋(Bismuth, Bi)作为一种生物相容性好且价格低廉的金属,被用于设计合成多种具有独特结构、组成和物理化学性质的纳米材料。铋基纳米颗粒具有高X射线衰减系数和近红外吸收、出色的光热转换效率和长循环半衰期等特性,在药物递送、光热和放射治疗、多模式成像、生物传感和组织工程等领域有广泛的应用前景。本文重点综述了铋基纳米颗粒在生物传感和生物成像中的应用进展,讨论了铋基纳米材料在上述领域面临的机遇和挑战。     

纳米等离子体生物传感及成像

贵金属纳米材料具有显著的局域表面等离子体共振（LSPR）效应,可有效地将共振光子限域在金属表面.随着多种形貌贵金属纳米材料的可控合成及其功能化表面化学技术的日臻成熟,贵金属纳米材料已被广泛应用于生物标记、传感成像、分析分离及生物医学领域.从贵金属纳米等离子体材料的性质出发,综述局域表面等离子体共振材料在传感及细胞成像中的最新进展,并对基于局域表面等离子体共振材料的纳米光子学传感器未来发展前景做出展望.     

基于功能纳米材料的灵敏生物传感策略

21世纪的第一个十年被称为＂传感的十载＂.功能纳米材料为灵敏的生物传感器件（包括光学和电生物传感）的制备提供了优秀的平台.这方面的大多数工作主要聚焦于不同纳米材料的生物功能化,例如金属纳米粒子、半导体纳米粒子和碳纳米粒子,功能化方式包括物理吸附、静电结合、特异性识别或共价键合.这些生物功能化纳米材料可以用作催化剂、电导体、光发射剂、载体或示踪剂,以获取被放大的检测信号、稳定的识别探针或生物传感界面.设计的信号放大策略已经极大地促进了不同领域中稳定、特异、具有选择性和灵敏的生物传感器的发展.本文介绍了基于功能纳米材料的一些生物传感新原理和检测新策略,也讨论了纳米材料的生物功能化方法和生物传感在蛋白质的免疫分析、DNA检测、糖分析和细胞传感中的应用.     

RNA荧光适配体在生物传感与成像中的应用研究进展

RNA荧光适配体是近年来发展起来的一种简单且有效的RNA分子荧光标记工具,可与不发光或发光微弱的小分子荧光团结合,显著增强其发光性能。RNA荧光适配体具有结构简单、易合成以及毒性低等优点,已成为生物传感和成像等研究领域的重要工具。本文介绍了目前已开发的RNA荧光适配体,包括Malachite Green(MG)、Spinach、Broccoli、Mango、Corn和Pepper家族等,概述了其对应的荧光团的特点,从细胞外检测和细胞成像两个方面对RNA荧光适配体的应用研究进展进行了总结和评述,分析了RNA荧光适配体研究中存在的问题及优化策略,展望了其发展前景,以期为临床标记小分子化合物、RNA、蛋白质和研究适配体与荧光小分子团之间的相互作用提供参考。     

稀土纳米晶用于近红外区活体成像和传感研究进展

稀土纳米晶具有丰富的激发和发射波长,良好的化学和光稳定性、大Stokes位移等特点.近年来,稀土纳米晶在生物活体成像与传感领域的应用研究取得了迅速进展.通过纳米尺度的材料设计与合成,可以对稀土纳米晶的荧光效率、波长、寿命等光学性质,以及生物相容性、靶向性、响应性等生化性质进行精细调控,使其更好地适应于活体深组织的成像与分析.先概述活体荧光成像的技术特点与要求,然后介绍稀土纳米晶的一般组成、光学性质和荧光机理,随后详细讨论对稀土纳米晶光学和生化性质进行调控的方法,着重展示这些材料的设计和修饰在生物成像与传感领域的一些最新应用.通过总结最近的研究成果,期望能够为下一步的研究提供一些参考思路,以推进基于稀土纳米晶的生物成像与传感技术的临床转化和应用.     

基于DNA与上转换纳米颗粒相结合的生物传感与成像研究进展

脱氧核糖核酸(DNA)的分子识别特性与功能使其在生物传感与成像领域得到了广泛应用. 另一方面, 得益于自身独特的光学性质, 镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒在生物医学应用中备受关注. 特别地, 二者的有机结合可产生新的性质与功能, 在生物传感与成像领域展现出优势, 推动了该领域的发展. 本文综合评述了基于DNA与上转换纳米颗粒相结合的生物传感与成像技术的研究进展, 重点聚焦于相关方法的分类与设计原理, 简要概述了相关的应用研究, 并对该领域目前存在的挑战与未来的发展前景进行了讨论.     

DNA步行器在生物传感和活细胞成像领域的应用

DNA步行器是一种基于DNA杂交的特异性、可预测性和可编程性的自组装纳米器件.在特定的外部刺激下,其行走部件可沿着预定的轨道自主地、渐进地移动.这种自主运动和重复步进的特性赋予其优异的信号放大能力,使得DNA步行器在化学测量方面展现出良好的应用前景.本文系统评述了DNA步行器在生物传感和活细胞成像领域的研究进展.     

表面增强拉曼散射技术在生物传感与成像分析中的应用

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)技术是一种具有原位无损、指纹信息识别和单分子水平检测能力的光谱分析手段,在食品安全、环境监测和生物分析等领域具有良好的应用价值和潜力。本文综述了近年来SERS技术在生物传感与成像分析领域中的研究现状,展望了其未来发展趋势和应用前景。     

二维纳米材料用于生物传感的研究

生物传感技术广泛地应用于疾病诊断、临床治疗、环境监测、食品安全等领域.由于二维纳米材料具有独特的物理和化学性质,使其在生物传感领域的应用研究快速发展.本文首先介绍了二维纳米材料的晶体结构和合成方法,然后总结了基于比色、荧光、液滴微流控和微流控纸基等方法与二维纳米材料结合,应用于生物传感的最新研究进展,最后对未来的发展做...     

纳米材料在生物成像引导的光动力治疗中的应用

随着纳米技术的发展,开发集生物成像诊断和精准治疗于一体的新型纳米诊疗平台已成为肿瘤治疗的研究热点。在众多的癌症新型治疗方法中,光动力治疗(PDT)具有高特异性、可控性、低毒副作用及不易产生耐药性等优势而备受关注。近年来,基于纳米材料的PDT克服了传统PDT低稳定性、低靶向性及光毒性等局限性,显示出了巨大的应用潜力。同时,可将生物成像功能与PDT功能整合到同一纳米平台上,实现肿瘤诊疗的一体化,有望为肿瘤精准诊疗的临床实践提供新思路。目前,已有多种成像模式被应用于基于纳米材料的PDT研究。本文总结了多功能纳米材料用于荧光成像、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)成像、超声(US)成像、光声(PA)成像、正电子发射断层扫描(PET)成像及单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像等生物成像引导的肿瘤PDT的最新研究进展,并对其面临的挑战进行了分析,对其发展前景进行了展望。     

基于纳米材料、聚电解质制备高性能乙醇生物传感器

以明胶包埋法作为乙醇氧化酶(AOX)的酶固定化方法,在比较多壁纳米碳管(MWCNTs)、纳米金、纳米氧化铁3种纳米材料的基础上,选择加入增效最明显的多壁纳米碳管提高灵敏度,在电极表面自组装聚丙烯胺盐酸盐/聚磺化乙烯硫酸盐(PAA/PVS)膜提高抗干扰性,制备出一种高灵敏度抗干扰性电流型乙醇生物传感器(Pt/(PAA/PVS)2PAA-MWCNTs/AOX)。本传感器灵敏度为1.04μA/(mmol/L),在2.5×10-5~2.5×10-3mol/L浓度范围内呈良好线性关系,线性方程为:I(μA)=0.2199 1.0400C(乙醇,mmol/L),r=0.9939;检出限为2.5×10-5mol/L;RSD<5%,稳定性好、抗干扰能力强。     

银纳米簇在生物成像及生物检测中的研究进展

由于银纳米簇的尺寸接近电子的费米能级,其能级不连续而发生能带分裂。通过与光的相互作用,能级之间发生不连续的电子跃迁,使银纳米簇表现出强烈的荧光性质。银纳米簇凭借其易合成、荧光量子产率高、可调荧光发射波长(从可见光区到近红外区)、光稳定性和生物相容性良好等优势在生物成像及生物检测等领域引起了越来越多的关注。本文结合近年来关于银纳米簇的研究,详述了其在这两方面的以下几个部分的应用研究进展:DNA调控或标记的银纳米簇的生物成像、有其他金属掺杂的银纳米簇的生物成像、以蛋白为模板合成的银纳米簇的生物成像、利用银纳米簇的荧光特性对生物酶、蛋白、肽、氨基酸、基因、DNA、腺苷、细菌以及抗菌活性等的检测,并对银纳米簇的应用所面临的挑战和发展趋势进行了展望。     

DNA分子介导的无机纳米自组装结构与生物传感检测

由DNA分子介导构建的无机纳米自组装结构,不仅在结构上能够可控调节、易于进行表面功能化修饰,而且其光学性质独特,在生物传感、生物成像、细胞原位分析的应用方面展现出了很大的优势。近年来,利用无机纳米材料在光、电、磁等方面特殊的功能特性,构建了一系列可用于原位分析活细胞内重要靶标物质的无机纳米自组装结构,丰富了分析化学的技术手段,推动了癌症等重大疾病早期诊断和治疗技术的进步,促进了生命科学的发展。本文对近年来DNA介导的无机纳米自组装结构用于生物领域的相关工作进展进行了总结,讨论了其面临的挑战,对其发展前景进行了展望,以期为生命、医学、生物学等领域的进一步发展提供参考。     

聚二甲基硅氧烷-纳米金复合材料的制备与生物传感应用

作为一种新型复合材料,聚二甲基硅氧烷-纳米金复合材料兼具聚二甲基硅氧烷和纳米金的良好导电性、生物亲和性及超疏水性等优点,广泛用于生物传感、生物功能材料、环境保护、微流控等领域.该文评述了常规实验室制备聚二甲基硅氧烷-纳米金复合材料的两种主要方法及其在生物传感领域中的应用,并对聚二甲基硅氧烷-纳米金复合材料的发展趋势和应...     

水溶性共轭聚合物在生物传感中的应用

水溶性共轭聚合物在化学、医学、生命科学以及材料科学等领域中备受研究者们的关注,利用其独特的光化学和光物理性质,研究者们开展了一系列创新性研究并取得了重大的研究进展,进而拓展了聚合物的应用范围.共轭聚合物是一种由多个重复发光单元通过彼此间共轭而形成的高分子化合物,通过对其结构的精准调控,可以获得具有不同性能的功能性分子.其中,通过改变其主链结构,可以获得具有不同吸收和发射波长的荧光探针;通过对侧链结构修饰以水溶性基团和/或选择性识别分子,可以实现与特定靶标间的静电作用或者特异性结合,进而实现选择性识别的目的.本文综述了近年来水溶性共轭聚合物在生物传感中的应用,主要介绍了水溶性共轭聚合物在DNA检测、蛋白质检测、细胞和细菌的检测与区分以及细胞成像等方面的研究进展.     

滚环扩增技术在生物传感和细胞成像领域的研究进展

滚环扩增(RCA)是一种通过与目标核酸DNA杂交,进行滚环复制大量扩增的等温核酸扩增技术,具有简便、快速、扩增效率高等优点. RCA技术在生物分析领域得到了广泛的应用,尤其是在核酸、蛋白、外泌体、病毒等疾病生物标志物的传感检测和细胞成像分析领域展示出独特的魅力.本文概述了RCA技术的基本原理和分类,系统评述了近几年RCA技术在生物传感和细胞成像领域的研究进展,并展望了该技术的不足和改进策略.     

生物/化学同步聚合法制备纤维蛋白纳米复合物及传感研究

本文以有效提高生物分子包埋率为目的,基于生物/化学同步聚合的新方法制备了一种新型纤维蛋白聚合物基纳米复合物,并研究了该复合物修饰电极的传感性能。该方法在凝血仿生聚合的同时,采用NaAuCl4作为氧化剂化学氧化聚合生成聚多巴胺(PDA),在PDA膜内原位合成纳米金(AuNPs),同时在PDA-纤维蛋白凝胶生长时包埋葡萄糖氧化酶(GOx)。生物/化学同步聚合法操作简单,条件温和。该纳米复合物引入了AuNPs的优异性质,有效提升了GOx的包埋量,所制电化学生物传感器对葡萄糖的检测灵敏度高达117μA/(cm2·mmol/L),检测限为57nmol/L。     

手性钙钛矿纳米材料的构筑及光电性能

金属卤化物钙钛矿纳米材料因其丰富的化学结构和优异的光电性能,已成为一种极具应用前景的半导体材料。在钙钛矿无机框架中引入有机手性分子后,能够比较容易地得到手性钙钛矿纳米材料,从而可以极大地推动智能光电材料和自旋电子器件的快速发展。本文将综述手性钙钛矿纳米材料的构筑与手性产生机理的最新研究进展,包括一维手性钙钛矿纳米线、二维及准二维手性有机-无机杂化钙钛矿纳米片、三维手性钙钛矿纳米晶、超分子组装体系中诱导的手性钙钛矿纳米晶等。值得注意的是,不同种类的手性钙钛矿纳米材料在圆二色性、圆偏振发光、铁电性、自旋电子学等方面展现出优异的光电性能及巨大的应用前景。但是,有关手性钙钛矿纳米材料的研究目前还处于初级阶段,其中很多机理还存在争议,许多基础性和应用型的工作也有待开展。     

上转换纳米材料：机制、合成和生物应用

上转换纳米粒子具有独特的反斯托克斯发光特性,可以将长波长的光转化为短波长的光。由于其出色的光物理特性,如较大的斯托克斯位移、较低的自发荧光背景、长时间稳定的发光、抗光漂白以及较高的生物穿透深度等,上转换纳米材料被广泛应用于生物成像、药物治疗、生物检测等领域。本文首先介绍了上转换纳米材料的发光机制和合成方法,然后总结了上转换纳米材料在生物成像、药物治疗、生物检测领域的最新应用,并介绍了课题组近年来在这些领域取得的进展。最后,展望了上转换纳米材料在生物医学领域的应用和发展趋势。