Adv. Funct. Mater.：感應微區pH 變化的 “GPS”？

【引言】

生物分子，尤其是核酸與納米顆粒的組合，為納米器件和納米傳感器的發展，提供了無限可能。 最簡單的方法就是，利用短鏈 DNA與金屬納米顆粒（如金，銀）結合形成二聚體或者衛星結構。 DNA雜交，目標分子的識別，pH的變化等不同的外界刺激，可以有效調節納米粒子之間的距離和等離子體共振的耦合，導致溶液顏色，拉曼光譜強度或者散射光譜的變化。同時，由納米粒子組裝得到的納米孔和納米通道，在生物分析領域得到了廣泛應用。 通過在納米孔內固定極少量的生物分子，甚至單個分子，會導致通過局域空間的離子電流的明顯變化，為創建新的單分子檢測技術提供了可能。

【成果簡介】

近日，南京大學王康副教授(通訊作者)等人開發了一種在玻璃納米管的尖端，組裝對于pH敏感的金多孔球（Gold Porous Sphere, “GPS”）結構的方法。該研究發表于 Advanced Functional Materials, 題為 “A Multiparameter pH-Sensitive Nanodevice Based on Plasmonic Nanopores”。由于i-motif DNA 的結構會隨著pH的變化而變化，因此將兩端帶有巰基的 i-motif DNA連接金納米球，通過改變pH，納米球之間的空隙大小會發生變化。這種相鄰的金納米顆粒之間的空隙，形成了等離子體納米孔。 作者首先研究了離子電流，玻璃納米管的電位和“GPS”表面增強拉曼散射（SERS）信號，隨著pH變化的特性。進而將這種對pH敏感的“GPS”，作為可測量單個細胞的不同區域pH值納米感受器。

【圖文導讀】

圖1. 組裝對于pH敏感的Gold Porous Sphere（“GPS”）

a）pH敏感 “GPS”的自組裝過程的示意圖；

b）玻璃納米管孔口的SEM圖像，箭頭所指為導流管。 右上角為直徑為7±1nm的金納米顆 TEM圖像；

c）在玻璃吸管上形成的“GPS”的SEM圖像；

d）不含和含有i-motif DNA時，對應的金納米顆粒溶液的UV-vis 光譜和實物圖；

e）i-motif AuNPs組裝結構和金球聚集時的小角度XRD圖。 右上角為i-motif AuNPs組裝體的TEM圖像。

圖2. 離子電流，電位和表面增強拉曼散射信號的循環變化

a） 基于i-motif DNA 構建的“GPS”組裝體，修飾得到的玻璃納米管，在不同pH條件下的的I-V曲線；

b） 利用具有不同堿基序列的DNA 構建的“GPS”組裝體，修飾的玻璃納米管，在不同pH條件下的的I-V曲線；

c） 金納米球之間的距離隨著pH的變化而變化；

d）在外加電位為-0.8 V時，對于不同的pH， “GPS”組裝體的動態電流響應；

E）pH在7.0和4.5之間變化時，由不同DNA構建的“GPS”組裝體的開路電位-時間變化曲線；

F）在連續改變溶液pH值的情況下，利用i-motif 構建的“GPS”組裝體，所測得4-Mbn的SERS光譜。

圖3. 具有不同寬度，間距，顏色和組合的結構顏色條紋比較

a）“GPS”組裝體穿透細胞，進入不同區域時的電位隨時間的變化曲線；

b）細胞中不同區域，細胞質與細胞核，“GPS”和-ΔE關系比較。

?【小結】

本研究成功地將“GPS”結構自組裝在玻璃納米移液管的尖端，該結構隨pH的變化而變化，而這種結構的可變性，帶來了多種參數的變化。“GPS”的電化學和拉曼響應都是由i-motif DNA的構象變化和金納米球之間的間隙距離的變化引起的。 對于單個細胞的不同區域pH的成功探測，表明“GPS”組裝體是一種可以用作細胞分析的納米裝置。“GPS”在多參數pH探測和單細胞分析中的成功應用表明，自組裝等離子體納米孔的新的物理性質可用于制造多種類型的納米器件和納米傳感器。等離子體金屬，納米孔和玻璃納米管，這三者的結合，也為分析科學的發展提供了新途徑。

文獻鏈接：A Multiparameter pH-Sensitive Nanodevice Based on Plasmonic Nanopores（Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201703847）

本文由材料人編輯部生物組饒成成編譯。

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