[发明专利]一种荧光-拉曼双模式的纳米传感器及其制备方法与其在硫醇检测中的应用

说明书

本发明提供了一种荧光‑拉曼双模式的纳米传感器及其制备方法与其在硫醇检测中的应用。所述传感器通过在纳米金花(AuNFs)上组装DNA单链及其修饰了二硫键和荧光基团的互补链构建纳米传感器。在小分子硫醇存在下，荧光基团修饰的互补链中的二硫键被剪切，导致荧光基团远离AuNFs。基于荧光共振能量转移和表面增强拉曼散射的“开‑关”转换，引起荧光和SERS强度同时但相反的变化。该策略结合了荧光和拉曼分析的优点，设计简单，稳定性高，可以通过两种信号直接观察凋亡细胞中的硫醇耗竭事件。此外，该纳米传感器对不同细胞系内小分子硫醇的示踪和传感具有通用性。

技术领域

本发明属于纳米材料和生命科学技术领域，尤其涉及一种荧光-拉曼双模式的纳米传感器及其制备方法与其在硫醇检测中的应用。

背景技术

小分子硫醇(如半胱氨酸、同型半胱氨酸和谷胱甘肽)作为一种重要抗氧化剂，可参与可逆的氧化还原反应过程，对维持细胞内部的还原环境和保护细胞器免受活性氧的损害起着重要作用。此外，硫醇的耗竭也可以启动细胞凋亡。作为最丰富的细胞内非蛋白硫醇，谷胱甘肽的浓度与多种细胞功能相关，如生长、代谢以及对癌症的放疗和化疗的耐药性等。此外，半胱氨酸(Cys)、高半胱氨酸(Hcy)在细胞内的含量变化也与体内多种疾病息息相关。因此，检测细胞内硫醇的含量对细胞功能的研究具有重要意义。

常见的高效液相色谱、比色分析法、毛细管电泳、电化学分析、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱和荧光光谱等方法尽管能实现小分子硫醇的检测，但是操作过程复杂且成本高，还不利于对细胞内的硫醇进行实时、原位的监测与成像。荧光法由于具有成本低、分析速度快、无损、原位实时成像等重要的优势，而成为最受欢迎的分析方法之一。得益于具有高的灵敏度、指纹分析特征且不易光漂白、谱线宽度很窄、受生物样品自身荧光以及水的干扰很小、适合生物应用等突出优点，SERS技术在细胞领域的研究及应用迅速发展。基于等离子共振效应的共同起源，将SERS和荧光集成到单个基于纳米颗粒探针中已经被探索。这不仅可以提高测量精度和稳健性，通过获得单独技术无法获得的额外信息外，同时规避了单独模态特定的缺陷。

核酸合成技术成熟、结构多样、易于修饰、化学和热学稳定性好、生物相容性好、价格比较便宜，在生物传感方面表现出巨大的潜力。然而，自由核酸分子进入细胞的过程极具挑战性。为了解决这一问题，将核酸分子与金纳米颗粒结合构建复合型的纳米探针受到普遍关注。金纳米材料合成简单、稳定性强、容易修饰、生物相容性好，被广泛应用于传感、诊断、治疗等各个领域。此外，金纳米花还具备独特的光学、电子学特性，在拉曼、荧光检测方法的构建等领域具有广泛的应用前景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种荧光-拉曼双模式的纳米传感器及其制备方法与在硫醇检测中的应用。本发明方法结合了拉曼和荧光的双重优点，可以实现对细胞各种生理过程中小分子硫醇浓度变化的定量检测与成像，制备简单，性质稳定，灵敏度高，生物相容性高。

一种荧光-拉曼双模式的纳米传感器，所述纳米传感器包括功能化的DNA链1、与所述功能化的DNA链1互补配对的功能化的DNA链2以及AuNFs；所述功能化的DNA链1与AuNFs通过巯基进行连接；

所述功能化的DNA链1的核酸序列为5’-SH-AAAAAAAATAGTTTCTACTATCCAGCCTCGAGCGA-3’；

所述功能化的DNA链2的核酸序列为5’-TCGCTCGAGGCTGGA/HS-SH/GGAAACTATAAA-荧光基团-3’；所述荧光基团选自Cy5、Cy5.5、Cy3或ROX。

一种荧光-拉曼双模式的纳米传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：将DNA链1与所述AuNFs溶液混合孵育，并加入氯化盐的水溶液进行反应，反应结束后向反应液中加入表面配体继续反应，待反应结束后进行固液分离并取固相，将所得固相重悬于缓冲液中，并加入TAT进行反应，得到经DNA链1功能化的AuNFs溶液；