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引言

過氧化氫參與細胞內生理活動，對細胞代謝產物調節和生理過程至關重要，在單細胞水平上定性識別、定量表征過氧化氫可更全麵揭示異質性細胞特征，促進疾病檢測和藥物篩選的發展。單細胞由於其結構多樣性、快速代謝物動力學特征和難以預測的信號放大等因素影響，活體單細胞檢測仍非常具有挑戰性。SERS技術具備非侵入性、低自發熒光、高靈敏度等優勢，已成為檢測分析細胞代謝產物的前景技術，可用於核酸、氨基酸、脂質、葡萄糖、神經遞質等體係研究。然而，由於基底不可逆聚集和靶生物分子的非特異性吸附等因素影響，SERS技術仍有低重複性、低再現性等缺點。同時由於普通光學顯微鏡難以定位追蹤待測物，SERS技術在複雜生物體係應用仍受很大限製。在這方麵，暗場顯微鏡采用特殊的照明方式，隻允許樣品散射的信號進入物鏡內，可克服常規光學顯微針對均一樣品中的微小結構成像時，透射或反射襯度不足的問題，利用這個方法可以看見突破衍射極限的微粒子。暗場散射和SERS技術相結合，有望實現原位實時活細胞中代謝物檢測。

南京師範大學王琛教授課題組在Au納米粒子上覆蓋二維共價有機框架（COFs）構建尺寸可控、富集力強、穩定性高和生物相容性更好的核殼結構(Au@COF)生物傳感器。並用拉曼在线看片网站污污/暗場散射成像雙模技術實時監測活細胞中過氧化氫代謝物水平。實驗結果證明，該生物納米傳感器簡單、高效，可實現過氧化氫和細胞代謝產物的在線檢測。本研究為開發基於COF的SERS生物傳感平台提供了實驗思路，為細胞代謝產物相關疾病早期診斷提供一種有效方法。

結果分析

本文通過在Au納米粒子上覆蓋二維共價有機框架（COFs），COFs殼層結構均勻包裹Au納米粒子，提高基底穩定性；納米級多孔結構有效富集生物分子，提高分子濃度和靈敏度；多孔COFs層可消除不均勻分子吸附，使基底具備高穩定性和高抗幹擾性，此外，COFs具有良好生物相容性。利用SERS/暗場散射雙模檢測技術，有效定位追蹤單個細胞靶向微區，實現原位監測細胞中H₂O₂代謝產物。

圖1 Au@COF納米傳感器合成示意圖、拉曼在线看片网站污污圖和暗場顯微圖像

圖2（A）Au@COF/MPBA納米傳感器感應機製。（B） MPBA、MPBA與H2O2和HBT的拉曼在线看片网站污污。（C） Au@COF/MPBA被不同氧化後的拉曼在线看片网站污污圖（D） Au@COF/MPBA被不同氧化後的I₁₀₇₅/I₁₀₂₃拉曼峰強度比，Au@COFn濃度為0.5 nM

圖3 （A） 不同H₂O₂濃度下， B-O-H變形振動的1023 cm⁻¹拉曼峰；（B）I₁₀₇₅/I₁₀₂₃拉曼峰強度比與H₂O₂濃度函數關係（C）I₁₀₇₅/I₁₀₂₃拉曼峰強度比率與時間變化關係，Au@COF為0.5nM

圖4（A） COF外殼保護作用示意圖，COF外殼阻擋大分子進入；（B）細胞培養基中不同H₂O₂濃度下Au@COF/MPBA的拉曼在线看片网站污污圖；（C-D）細胞培養基和BSA溶液中，I₁₀₇₅/I₁₀₂₃拉曼峰強度比與H₂O₂濃度函數關係，Au@COF為0.5nM。

圖5 Au@COF/MPBA納米傳感器用於細胞內成像；（A）共焦顯微鏡檢測光路示意圖；（B） MCF-7細胞在Au@COF/MPBA孵育後的明場、暗場圖像；(C-D)不同采樣點的拉曼在线看片网站污污圖，1-3采樣點在1023和1075cm^-1有拉曼峰，Au@COF濃度為0.25nM。

圖6 細胞內不同藥物處理後H₂O₂的成像圖；(A)未處理的細胞,(B)2 mg·mL⁻¹的NAC，（C）1 mM PMA和（D）200 mM H₂O₂；從左到右依次為明場（BF）圖像、暗場（DF）圖像、拉曼Mapping圖像和合成圖像。紅色圖為1075 cm⁻¹拉曼峰Mapping圖，紅色圖為1023 cm⁻¹拉曼峰Mapping圖。Au@COF濃度為0.5nM。

結論

在本文中，王琛教授課題組設計一款高穩定性、尺寸可控、富集力強和生物相容性高的核殼結構Au@COF納米生物傳感器。采用拉曼在线看片网站污污/暗場散射成像雙模技術實時監測活細胞中過氧化氫代謝物水平。盡管目前納米傳感器仍處於起步階段，Au@COF納米傳感器由於COF外殼吸附效應和Au核LSPR效應，可實現不同探針分子類型，為活細胞代謝物檢測提供一種前途策略。

南京師範大學王琛教授課題組簡介

王琛，南京師範大學化學與材料科學學院教授，博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者（2020年），江蘇省“青藍工程"優秀青年骨幹教師、中青年學術帶頭人；南京師範大學本科、碩士，2011年博士畢業於南京大學化學化工學院生命分析國家重點實驗室，2012-2016南京大學從事物理學博士後，2016-2017年麻省理工學院（MIT，美國）訪問學者。至今，在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等學術期刊發表研究論文60 餘篇；參編英文圖書 《Nanobiosesensors: From Design to Applications》(Wiley)；主持多項國家自然科學基金、江蘇省重點研發、江蘇省自然科學基金等項目；擔任Chinese Chemical Letters期刊編委，中國分析測試協會青年學術委員會委員，江蘇省材料學會副秘書長。

文章信息

本文以“SERS and dark-field scattering dual-mode detection of intracellular hydrogen peroxide using biocompatible Au@COF nanosensor"為題發表在Sensors and Actuators: B. Chemical期刊上。南京師範大學王琛老師為通訊作者。

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