第34卷 分析化学( FENXIHUAXUE)评述与进展 第6期 2006年6月 Chinese Joumal of Analytical Chem istry 884~888 金纳米颗粒聚集以及金纳米探针微阵列技术研究进展 逄键涛文思远王升启 军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京100850) 摘要金纳米颗粒(GNP)探针正引起科学家们越来越多的兴趣。本文主要综述了基于(NP自组装聚集反 应的生物检测和微阵列金标银染检测的最新进展,对(NP在电化学等其他领域的研究前沿也进行了探讨 引用文献41篇。 关键词金纳米颗粒,微阵列,生物检测,评述 1引言 金纳米颗粒(CNP)是直径为08~250m的缔合胶体,具有纳米表面效应、量子效应、宏观量子 隧道效应。按粒子尺寸和聚集情况,(NP可显示不同的颜色,已被广泛用于光学、电学、电子显微镜检 测的生物分子标记1。单个纳米颗粒的尺寸和颗粒间的组装形式,使胶体Au溶液表现出不同的整体 特征。生物分子可参与到(NP的聚集和组装过程中,从而干扰(NP的原始组装方式。通过胶体Au溶 液最终的物理状态(如颜色吸光度等)可得到参与组装的生物分子的质、量“特征,达到检测的目的。 另外,(NP逐渐在生物芯片检测中显现出应用前景。生物芯片技术本身是纳米尺度的分子操作和组装 技术,芯片诊断纳米检测等技术可以在此得到良好的融合。本文着重就GNP自组装以及QNP探针微 阵列技术进展作一综述 2生物分子辅助的GNP聚集和组装 21DNA-GNP探针 灵敏度高、特异性强、快速简单、低成本是生物检测的重要指标。基于(NP聚集反应的分子诊断方 法能满足这些要求。 Mirk in发现DNA特异杂交可使DNAλu颗粒自组装为复合结构,开创了(NP用 于生物检测的新领域。GNP经巯基修饰的短链DNA修饰成为编码探针,溶液中加入目标互补 DNA后纳米颗粒发生有序可逆的聚集反应1。聚集后溶液颜色发生红一桃红一紫色变化,几小时出 现桃灰色沉淀(DNA狡体金沉淀)。该现象是DNA介导的胶体狡体键合,其过程是可逆的。系统在没 有优化的情况下能检测10血ol的寡核苷酸。 DNA修饰的GNP以非交联结构聚集,对于颗粒表面结合的杂交体末端错配有很好的选择性,可 对单核苷酸多态性(sNP)进行检测。5个人瘤细胞系的基因组DNA的检测结果与传统方法(质谱、直 接测序)一致。这种方法不需要复杂的设备,为sNP医护现场诊断、个性化医疗提供了可能。 Storhofi 等研究了QNP距离和光学性质的关系,开发出“杂交读出的比色检测方法,鉴别核酸序列。DNA 修饰的金纳米探针识别核酸目标分子后发生颜色变化,可检测到mol(10mol)级的核酸,不需要目 标分子的扩增或信号放大。 Sonn ichsen等采用等离子体耦合对金银纳米颗粒间距进行测量,研究了 金银纳米颗粒二聚体的实时组装以及单个DNA分子杂交的动力学。“等离子体标尺呵连续监控分子 间距离上限达到70mm,时间超过50min 22非标记DNA检测 双链DNA(dΦNA)比单链DNA(sNA)表面负电荷堆积程度高,并且d∮NA的双螺旋结构使氮 (N)、硫(S)等对(NP亲和性高的原子包埋更深,所以SNA和dNA对(NP有不同吸附力 Lj等据此设计了基于Au颗粒聚集反应的核酸杂交比色检测方法。sNA可吸附负电荷纳米金颗 2005408-10收稿;2005-1203接受 本文系国家863资助项目(Na2004BA519A g1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net金纳米颗粒聚集以及金纳米探针 2微阵列技术研究进展 逄键涛 文思远 王升启 3 (军事医学科学院放射与辐射医学研究所 ,北京 100850) 摘 要 金纳米颗粒 (GNP)探针正引起科学家们越来越多的兴趣。本文主要综述了基于 GNP自组装聚集反 应的生物检测和微阵列 2金标银染检测的最新进展 ,对 GNP在电化学等其他领域的研究前沿也进行了探讨。 引用文献 41篇。 关键词 金纳米颗粒 ,微阵列 ,生物检测 ,评述 2005208210收稿 ; 2005212203接受 本文系国家 863资助项目 (No. 2004BA519A46) 1 引 言 金纳米颗粒 ( GNP)是直径为 0. 8～250 nm [ 1 ]的缔合胶体 ,具有纳米表面效应、量子效应、宏观量子 隧道效应。按粒子尺寸和聚集情况 , GNP可显示不同的颜色 ,已被广泛用于光学、电学、电子显微镜检 测的生物分子标记 [ 2 ]。单个纳米颗粒的尺寸和颗粒间的组装形式 ,使胶体 Au溶液表现出不同的整体 特征。生物分子可参与到 GNP的聚集和组装过程中 ,从而干扰 GNP的原始组装方式。通过胶体 Au溶 液最终的物理状态 (如颜色、吸光度等 )可得到参与组装的生物分子的“质、量 ”特征 ,达到检测的目的。 另外 , GNP逐渐在生物芯片检测中显现出应用前景。生物芯片技术本身是纳米尺度的分子操作和组装 技术 ,芯片诊断、纳米检测等技术可以在此得到良好的融合。本文着重就 GNP自组装以及 GNP探针 2微 阵列技术进展作一综述。 2 生物分子辅助的 GNP聚集和组装 2. 1 D NA2GNP探针 灵敏度高、特异性强、快速简单、低成本是生物检测的重要指标。基于 GNP聚集反应的分子诊断方 法能满足这些要求。M irkin发现 DNA特异杂交可使 DNA2Au颗粒自组装为复合结构 ,开创了 GNP用 于生物检测的新领域 [ 3 ]。GNP经巯基修饰的短链 DNA 修饰成为编码探针 [ 4 ] ,溶液中加入目标互补 DNA后 ,纳米颗粒发生有序、可逆的聚集反应 [ 5 ]。聚集后溶液颜色发生红 →桃红 →紫色变化 ,几小时出 现桃灰色沉淀 (DNA2胶体金沉淀 )。该现象是 DNA介导的胶体 2胶体键合 ,其过程是可逆的。系统在没 有优化的情况下能检测 10 fmol的寡核苷酸。 DNA修饰的 GNP以非交联结构聚集 ,对于颗粒表面结合的杂交体末端错配有很好的选择性 [ 6 ] ,可 对单核苷酸多态性 (SNP)进行检测。5个人瘤细胞系的基因组 DNA的检测结果与传统方法 (质谱、直 接测序 )一致。这种方法不需要复杂的设备 ,为 SNP医护现场诊断、个性化医疗提供了可能。Storhoff 等 [ 7 ]研究了 GNP距离和光学性质的关系 ,开发出“杂交 2读出 ”的比色检测方法 ,鉴别核酸序列。DNA 修饰的金纳米探针识别核酸目标分子后发生颜色变化 ,可检测到 zmol(10 - 21 mol)级的核酸 ,不需要目 标分子的扩增或信号放大。SÊnnichsen等 [ 8 ]采用等离子体耦合对金银纳米颗粒间距进行测量 ,研究了 金银纳米颗粒二聚体的实时组装以及单个 DNA分子杂交的动力学。“等离子体标尺 ”可连续监控分子 间距离上限达到 70 nm,时间超过 50 m in。 2. 2 非标记 D NA检测 双链 DNA ( dsDNA)比单链 DNA ( ssDNA)表面负电荷堆积程度高 ,并且 dsDNA的双螺旋结构使氮 (N)、硫 ( S)等对 GNP亲和性高的原子包埋更深 ,所以 ssDNA 和 dsDNA 对 GNP有不同吸附力。 Li等 [ 9, 10 ]据此设计了基于 Au颗粒聚集反应的核酸杂交比色检测方法。 ssDNA可吸附负电荷纳米金颗 第 34卷 2006年 6月 分析化学 ( FENX I HUAXUE) 评述与进展 Chinese Journal of Analytical Chem istry 第 6期 884～888