金纳米探针

【摘要】由于金纳米粒子（AuNPs）具有与大小、形状和聚集程度相关的物理和化学特性，被广泛应用于各种生物分析和生物医学检测技术中，并发展成具有高选择性、高灵敏度的生物分析检测手段。以AuNPs为探针的分析方法通常具有简单、快速、灵敏度高的优点，并能应用于实际样品检测.

【关键词】金纳米粒子；探针；合成与修饰；

1 引言

纳米技术与化学、生物学、物理学和医学等领域的结合，对分析科学和生命科学领域的超灵敏检测和成像方法的发展起着越来越重要的

作用。由于AuNPs具有独特的光学性质（表面等离子体吸收和共振光散射）、易进行表面修饰以及良好的生物相容性（通常认为裸AuNPs 是无生物毒性的，而修饰后的AuNPs的生物毒性由其配体决定），因此功能化AuNPs的应用领域不断被拓宽，特别是其在生物分析和生物医药等领域的应用引起了人们广泛关注[2，3]。本文综述了生物分子修饰的AuNPs探针的合成及其在检测金属离子、小分子、DNA、蛋白质和细胞内分析等方面的新进展，以若干应用实例突显一些技术突破及发展趋势。

2 金纳米粒子的合成、稳定性和功能化

2.1 金纳米粒子的合成方法

金纳米粒子的制备方法可分为化学法和物理法。化学法是以金的化合物为原料，在还原反应生成金纳米粒子时控制粒子的生长，使其维持纳米尺度。化学合成法包括氧化还原法、电化学法、晶种法、模板法、

微乳液法、微波合成法和光化学法等，其中最具代表性并被广泛应用的有：（1）Turkevich-Frens法，即在100 ℃下，通过改变还原剂（柠檬酸钠）和三价金的化合物（氯金酸或氯金酸钠）的比例来控制AuNPs 粒径的大小，从而获得粒径在10~60 nm范围内且分散性较好的AuNPs。该方法制备程序简单，且包裹在AuNPs表面的柠檬酸根容易被其它配体置换（如巯基修饰的DNA等）；（2）Brust-Schiffrin 法，即在两相（液/液）体系或单相体系中，以四正辛基溴化铵（TOAB）为相转移剂，将三价金的化合物（氯金酸或氯金酸钠）转移到有机相中，以烷基硫醇为稳定剂，NaBH4为还原剂，制备粒径为1~8 nm的AuNPs；硫醇/金盐的比例越大、加入还原剂速度越快，冷却溶液可以制得尺寸更小和单分散性更好的粒子，进一步通过配体交换反应改变AuNPs表面的配体而实现其功能化；（3）聚合物保护法：通常以含有聚乙二醇、硫醇或硫醚基团的聚合物为配体，以NaBH4为还原剂，制备水溶性或具有疏水性的粒径小于10 nm的AuNPs。聚合物稳定剂决定纳米粒子的溶解性；例如，采用硫醚或硫醇修饰的聚合物配体（烷基硫醚终端修饰的聚甲基丙烯酸等）一步法合成了具有高分散性的粒径小于5 nm的AuNPs，粒子的大小和分散性可以通过改变聚合物的结构、浓度和配体上能与金属结合的基团个数来控制，并且可以将粒径为1.1~1.7 nm的无荧光纳米粒子转变为荧光纳米粒子。物理法是利用各种技术将块状固体金分散为金纳米粒子，包括真空沉积法、电分散法、激光消融法等[12]。物理法容易控制AuNPs的形状并能获得图案化的AuNPs的阵列，但通常需要特殊的设备和技术，

制备过程较复杂。

2.2 金纳米粒子的稳定性和功能化

将不同的识别分子（如功能基团）修饰到AuNPs上，获得功能化纳米粒子（AuNPs探针），有助于拓宽AuNPs的应用范围，发展基于AuNPs的分析/检测方法。已有很多文献对金纳米粒子的功能化及应用进行了综述[1~5，13]。在介质中保持单分散性和稳定性是AuNPs 在实际应用中的关键。因此，人们不断寻找新型稳定剂和修饰方法以提高AuNPs的分散性。这些方法将有助于改善方法选择性和准确度，其中最具代表性的方法所示。在生物分析中可以应用静电吸附法、共价偶联（AuS共价结合等）法和特异性识别法（抗体-抗原，生物素-亲和素，DNA杂交等）将生物分子修饰到AuNPs表面，合成AuNPs 探针。将配体通过静电吸附作用固定在AuNPs表面的方法简单、省时，但是配体与AuNPs结合强度小，稳定性差。如果反应缓冲溶液中含有二硫苏糖醇（DDT，含有两个巯基、不带电的小分子，常用作蛋白保护剂）或在高盐缓冲溶液（一般用于DNA杂化实验）进行长时间的孵育时，表面不稳定的AuNPs探针很容易产生非特异性结合，从而降低了检测的选择性。与静电吸附法相比，共价偶联的方法较复杂，需要进行更多的配体合成工作。但是，配体与AuNPs通过共价键结合稳定性好。在共价偶联中通常以Au-S共价结合获得AuNPs

探针，这种方法必须使用含有S的配体，如硫醇或二硫化物修饰的DNA、多肽CALNN等，通过共价法获得的AuNPs探针可以承受很高的盐浓度（2 mol/L NaCl），并在某种程度上可以抵抗二硫苏糖醇