最新刊期
      2024 年 第 43 卷 1 期

        综述

      • 侯可心,丁晟,杨焜,王在玺,李钒
        2024, 43(1): 1-18. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23080203
        摘要：近年来涌现的荧光纳米探针独特的尺寸及结构赋予其优异的光稳定性、较高的荧光量子产率、可调的激发发射波长等众多优势，引起科研工作者的广泛关注。荧光纳米探针作为一类重要的光响应性纳米材料在小分子及生物大分子检测、细胞成像、活体诊断等领域具有广阔的应用前景，有望成为传统有机荧光染料的理想替代物。该文针对目前研究较多的量子点、金属纳米簇及金属-有机框架及其他纳米荧光探针，介绍了其结构组成、物理化学性质等基本性质，并着重阐述其主要合成方法以及在化学传感、生物医学等领域的应用及研究进展，最后对目前该领域的发展前景做出总结及展望。  
        关键词：荧光纳米探针;光响应性;量子点;金属纳米簇;金属-有机框架   
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        发布时间：2024-01-17
      • 张玉敏,王富,林俐,叶坚
        2024, 43(1): 19-31. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23070406
        摘要：光学成像因灵敏度高、特异性强、无电离辐射、低成本、丰富的候选探针、可获取细胞/分子水平信息和可实时检测等优势，在临床前的基础研究和临床诊断与治疗领域具有巨大的应用价值。但由于生物组织对光子的高散射与高吸收特性，光学成像的组织穿透深度通常非常有限，很大程度上限制了其在深部病变活体生物医学检测方面的应用，研究者们对此做了大量的努力。随着科学技术的发展，光学技术的组织检测深度已覆盖微米到厘米甚至分米以上的范围，在生物检测、成像、诊断、术中导航等领域展现出了广阔的应用前景。该文从常见的光学成像技术入手，对荧光成像、生物/化学发光成像、光声成像以及拉曼成像在组织穿透性方面的研究进展进行了总结与讨论，并对这些光学成像技术未来在组织穿透方面的主要研究方向进行了展望。  
        关键词：生物光学成像;组织穿透性;深穿透拉曼光谱   
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        发布时间：2024-01-17
      • 赵敏,隗予荣,杨雁冰,袁荃
        2024, 43(1): 32-43. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23080906
        摘要：长余辉发光是一种在激发停止后产生持久余辉发光的特殊光学现象，这种现象在防伪、信息或数据存储、光催化、传感和生物成像等领域中呈现出巨大的前景。长余辉纳米粒子（PLNPs）无需原位激发，能够减少组织的自发荧光和光散射干扰，被广泛用于生物成像领域。此外，发光性能可调节，且具有X射线激发、近红外区域长寿命发光或多模式成像特征的长余辉纳米探针能够应用于深层组织生物成像，为细胞或组织提供更为丰富的成像信息。该综述总结了近年来PLNPs的合成方法及其在生物成像应用中的最新研究进展，重点介绍了PLNPs在指纹成像、细胞和活体成像等方面的应用，同时还讨论了PLNPs在生物成像领域面临的挑战和未来的发展趋势。  
        关键词：长余辉;纳米粒子;指纹成像;细胞成像;活体成像   
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        发布时间：2024-01-17
      • 徐逸婷,罗奥雅,曲家毅,肖嘉祥,董倩
        2024, 43(1): 44-57. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083001
        摘要：在众多分子医学工具中，刺激响应型光学探针可根据特定的外部刺激改变其光学特性，提高检测的选择性和分辨率，为疾病的诊断、治疗、愈后监测提供了有力的支持。表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术基于表面等离子共振原理，能够在纳米尺度上增强吸附在SERS基底上的分子的拉曼信号，显示出分子的结构信息，具有高准确度、多待测物同时检测的优点。大量研究表明，设计构建刺激响应型SERS（SR-SERS）探针，能够进一步提高检测的选择性和成像分辨率，同时利用靶向修饰和微创提取可获得检测对象有价值的实时信息，从而使该技术能够被广泛应用于分子医学领域。该文介绍了不同种类SR-SERS探针的基本原理和构建方法，就其近五年在分子医学领域的应用进展进行了概述，并对其在分子医学领域的发展趋势进行了讨论。  
        关键词：刺激响应;SERS探针;分子医学应用   
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      • 张泽东,董建国,张裕英
        2024, 43(1): 58-70. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23082803
        摘要：肿瘤微环境（TME）具有pH降低、氧化应激增强、乏氧、谷胱甘肽浓度升高、某些酶发生过表达等异常特征。这些异常特征在肿瘤的发生发展进程中起着重要作用，如促进血管新生，调控免疫逃逸、癌症转移，介导局部耐药等，但同时也为肿瘤的诊断和治疗提供了独特的靶点。近年来，研究者们根据肿瘤微环境的多种特征结合表面增强拉曼光谱（SERS）的指纹图谱特性，开发了一系列响应型的SERS探针应用于肿瘤微环境的跟踪检测。肿瘤微环境响应型SERS探针具有灵敏度高、特异性好、可原位和多重检测等优点。该文系统地综述了近年来肿瘤微环境响应型SERS探针的研究进展，并对其未来发展进行了展望，以期为SERS探针的进一步研发和临床应用提供借鉴和参考。  
        关键词：肿瘤微环境（TME）;响应;表面增强拉曼光谱（SERS）;探针   
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      • 宋佳星,赵誉,封顺,吴明雨
        2024, 43(1): 71-82. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23072503
        摘要：癌症因其高发病率和致死率严重危害人类的健康。传统的癌症治疗方法，如手术、放疗和化疗等，存在创伤大、复发率高和毒副作用显著等缺点。因此开发新型的癌症治疗方法迫在眉睫。在众多新型的癌症治疗方法中，光动力治疗（Photodynamic therapy，PDT）因具有无创伤性、低耐药性、低毒性和可消灭隐形肿瘤病灶等优点受到广泛关注。但由于光源难以穿透深层组织，PDT对于深层肿瘤的治疗效果不佳。声动力治疗（Sonodynamic therapy，SDT）利用超声激活声敏剂产生活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和碳自由基，从而诱导肿瘤细胞死亡。SDT在保留PDT所有的优点外，还能有效克服PDT组织穿透能力不足的问题，展现出广阔的临床应用前景。该综述概括了SDT可能的机制和声敏剂的类型，总结了SDT发展所面临的挑战，并展望了未来可能的发展方向。  
        关键词：声动力治疗;癌症;机制;声敏剂   
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      • 黄文文,张玉,李琪,方兴如,刘洪林
        2024, 43(1): 83-94. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083004
        摘要：在各种生物传感和成像探针中，光响应型探针由于具有高特异性和高灵敏度等优点而被广泛应用。其中，基于能量转移的光学生物传感和生物成像技术具有较优异的高信噪比，可以实现更灵敏、更广泛和更精准的传感与测量。该文基于Förster共振能量转移（FRET）、纳米金属表面能转移（NSET）和等离子体共振能量转移（PRET）3种能量转移过程，介绍了光学生物传感和生物成像技术在疾病研究与治疗领域中的应用范例，可为基于能量转移的光学生物探针的开发和实际应用提供参考。此外，探讨了现有检测方法存在的问题，展望了基于能量转移的光学生物传感器和生物成像技术的前景与未来发展趋势。  
        关键词：能量转移;FRET;NSET;PRET;生物探针;生物成像;分子医学   
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      • 曾敏静,马玮玮,唐浴尘,高婷娟
        2024, 43(1): 95-106. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23101702
        摘要：细胞成像在生命科学与药物研究中具有重要意义。拉曼光谱作为一种非破坏性的振动光谱技术，结合非标记或探针标记技术可对细胞不同组分进行成像。由于自发拉曼光谱信号较弱，运用有效的增强手段可提高细胞成像的时间与空间分辨率。该文综述了表面增强拉曼光谱（SERS）、相干拉曼光谱（CRS）、共振拉曼光谱（RRS）等拉曼增强方法在线粒体、溶酶体和内质网等细胞器成像中的研究进展，以及上述方法在蛋白质、脂质、糖类和核酸等重要细胞生物分子成像中的应用。此外，还讨论了标记技术中拉曼探针的化学结构、增强因子、检出限等因素对细胞成像的影响，并分析了当前细胞拉曼成像的发展趋势、存在的挑战和可能的解决方案。  
        关键词：拉曼光谱;细胞成像;拉曼探针;分子内共振增强拉曼散射   
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      • 付信悦,张良伟,刘姝菂,李金花,陈令新
        2024, 43(1): 107-117. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083105
        摘要：神经递质是一类在神经系统中起重要作用的化学物质，其异常表达与多种神经系统疾病相关。荧光探针因高选择、高灵敏和可视化特性在众多神经递质检测方法中具有突出优势。该文主要综述了2019年以来响应型荧光探针在神经递质检测方面的新进展，介绍了6类神经递质，包括胆碱类、生物胺类、氨基酸类、神经肽类、嘌呤类以及气体信号分子。在分析各类神经递质结构和反应特点的基础上，介绍了相应探针的设计思路和反应机理。这些研究为神经递质的精确检测提供了重要的方法和理论支持，有望在神经系统疾病的早期诊断和治疗中发挥关键作用。最后展望了响应型荧光探针未来的发展趋势。  
        关键词：荧光探针;神经递质;胆碱;生物胺;氨基酸;神经肽;嘌呤;气体   
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      • 苗紫昀,李志豪,王杰
        2024, 43(1): 118-127. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23070405
        摘要：膜蛋白是细胞膜的重要组成成分，在信号传导、物质运输、能量交换等细胞基本生理活动中发挥着至关重要的作用。膜蛋白表达量、结构、功能等的异常与恶性肿瘤等多种疾病密切相关，膜蛋白一直是化学、生物学、医学等领域的重点研究对象。发展原位的膜蛋白表达量、空间分布和组织结构成像技术是深入了解膜蛋白作用机制及细胞生理活动分子基础的重要前提。近年来，研究人员发展了系列膜蛋白原位成像技术，包括荧光成像、电化学发光成像、表面增强拉曼散射成像等，这些成像技术在膜蛋白的结构和功能研究中发挥了重要作用。该文对近年来膜蛋白原位成像领域的研究进展进行综述，总结了代表性的膜蛋白原位成像技术，并对该领域存在的挑战及发展方向进行了讨论。  
        关键词：膜蛋白;成像;荧光;核酸适体   
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        发布时间：2024-01-17
      • 王莉湘,施扬,陈峰,曹玥
        2024, 43(1): 128-137. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23102402
        摘要：生物行为的可视化对于基础和临床医学研究至关重要。表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）作为一种新兴的光学技术，因其无创、高灵敏、快速和多重检测的特性引起了人们的广泛关注。尽管目前的SERS技术在体外分子传感领域发展迅速，但由于现有的SERS成像速度和精度不足以满足活体成像的需求，仍无法实现实时可视化体内小分子的时空动力学。该文重点阐述了通过间隙增强核壳纳米颗粒、半导体复合纳米颗粒、拉曼沉默区SERS探针等这些更灵敏、可控、精确的纳米探针，在SERS体内成像方面的最新技术突破。SERS成像在细菌、肿瘤监测和光热治疗方面的研究越来越多，在制备SERS探针时，需要考虑背景信号的清除率、活体检测的穿透深度、靶标的靶向性、正常组织的无损性以及探针的活体清除率。此外，阐述了SERS在细胞成像、体内组织成像、术中成像和细菌成像中的最新研究应用。最后，对于SERS生物成像的未来发展进行了展望，并指出SERS成像在临床疾病预防、诊断和治疗方面具有巨大的潜力。  
        关键词：生物成像;表面增强拉曼光谱（SERS）;治疗诊断学   
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        发布时间：2024-01-17
      • 朱怡亭,李芷瑶,谢茂梅,颜月玲,张桐,王海霞
        2024, 43(1): 138-146. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23091401
        摘要：表面增强拉曼散射（SERS）技术作为一种高灵敏度和高分辨率的分析方法，在细菌研究领域展示出广阔的应用前景。SERS技术不仅可在极低浓度水平上进行细菌含量检测，且其微观分辨率可以深入细菌内部，为深刻理解细菌组成和代谢行为提供了机会；无需进行复杂的前处理步骤，即可同时监测多种细菌代谢产物，提高了分析的效率和准确性。这些特性使得SERS技术成为一种强大的工具，用于全面理解细菌的生理活性和代谢产物。该文首先介绍了SERS技术的概念、增强机制以及增强基底材料，然后重点综述了SERS技术在细菌生理活性因子和代谢产物分析领域的研究进展，最后在提出其局限性的同时也对未来发展趋势进行展望。  
        关键词：表面增强拉曼光谱（SERS）;细菌生理活性;代谢产物;细菌   
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      • 霍泽鹏,徐蔚青,徐抒平
        2024, 43(1): 147-156. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23080903
        摘要：碳点因具有优异的光学可调特性、良好的生物相容性，在生物医学、能源催化等领域展现出巨大的应用潜力。环境敏感型碳点是一类可响应周围介质环境改变而实现自身特性改变的材料，在传感方面倍受关注。该文对近来环境敏感型碳点的响应机制进行梳理，具体包括pH、极性、粘度、温度四个方面，并综述了该材料在生物传感领域的应用进展，以期为开发和设计更多可应用的环境敏感型碳点提供参考。  
        关键词：碳点;环境敏感探针;极性;pH;粘度;温度   
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      • 常永新,李军荣,邵娟,杨新迪,卿光焱
        2024, 43(1): 157-165. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23082203
        摘要：蛋白质翻译后修饰在细胞内起着关键的调控作用，对细胞的功能和代谢具有重要影响。近年来，荧光探针在研究蛋白质翻译后修饰中的应用不断发展。该文重点介绍了荧光探针在蛋白磷酸化和糖基化等修饰中的应用，包括其原理、设计策略以及在细胞和生物体内的应用。荧光探针的发展为研究蛋白质翻译后修饰提供了强有力的工具，有望深化对这些修饰过程的理解，并为药物研发和疾病诊断提供新的途径。  
        关键词：荧光探针;蛋白质;翻译后修饰;磷酸化;糖基化   
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        发布时间：2024-01-17
      • 袁茜,李一荣
        2024, 43(1): 166-173. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083107
        摘要：光声成像技术是一种集光学成像与声学成像技术优势为一体的无创成像手段。这种成像手段具有高的空间分辨率及深层组织穿透性能，在生物医学研究及临床应用领域中展现出巨大的应用潜力。近年来，为提高光声成像的实时诊断能力，研究者们开发了一系列刺激响应型光声成像探针，用于体内特定生物学事件的动态可视化示踪。该综述从刺激响应型光声探针的设计策略出发，并以内源性刺激源（如pH、酶、自由基等）及外源性刺激源（如光、温度、超声等）为分类，重点介绍当前光声成像在体内的研究进展。同时，对激活型光声成像技术的未来发展趋势进行展望，为光声成像探针的开发提供了参考。  
        关键词：光声成像;纳米探针;刺激响应型;生物医学   
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        发布时间：2024-01-17
      • 李颖颖,瞿瑛,朱凌云
        2024, 43(1): 174-181. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083109
        摘要：线粒体作为细胞的能量工厂，在调节细胞氧化还原水平、自由基稳态等方面发挥着重要作用，因此，对线粒体微环境中的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）进行监测能加深对线粒体的了解。而化学小分子荧光探针在检测细胞微环境方面具有独特的优势，开发化学小分子靶向细胞线粒体并检测其细胞内微环境的变化对于了解与线粒体相关疾病具有重要意义。该文基于靶向线粒体ROS探针的反应机理，对超氧化阴离子（O2·-）、次氯酸（HClO）、过氧化氢（H2O2）以及一氧化氮（NO）和过氧亚硝基阴离子（ONOO-）等ROS荧光探针进行了介绍，分析了其反应特点、识别机理及不足之处，并展望了线粒体ROS探针在生命医学中的重要意义和发展前景。  
        关键词：线粒体;活性氧;荧光探针;成像   
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        发布时间：2024-01-17

        研究报告

      • 梁美琪,王子涵,刘洋,董川,弓晓娟
        2024, 43(1): 182-190. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23082401
        摘要：六价铬［Cr（Ⅵ）］具有毒性和致癌性，严重威胁人类健康，因此开发快速、灵敏、精准检测Cr（Ⅳ）的方法具有重要意义。该研究以邻苯二胺、对氨基苯甲酸、氯化锰和浓盐酸为反应前体，通过一步水热法合成了锰、氯、氮共掺杂碳点（Mn，Cl，N-CDs）。Mn，Cl，N-CDs能发出明亮且稳定的红色荧光，荧光量子产率为5.3%。基于聚集诱导和动态猝灭效应，Cr（Ⅵ）可使Mn，Cl，N-CDs的荧光强度和吸光度发生显著变化，基于此，开发了荧光和比色双模传感器及智能手机成像法，实现了Cr（Ⅵ）的灵敏检测。荧光法和比色法检测Cr（Ⅵ）的线性范围分别为33.8~469.5 μmol/L和2.4~80.7 μmol/L，智能手机成像检测Cr（Ⅵ）的线性范围为20.0~160.0 μmol/L（可见光辐照）和80.0~170.0 μmol/L（紫外光辐照）。该文不仅成功构建了智能手机成像定量检测Cr（Ⅵ）的传感器，同时为基于碳量子点构筑智能、便携、可视化传感器提供了新思路。  
        关键词：锰、氯、氮共掺杂碳点;光学双模;智能手机成像;Cr（Ⅵ）   
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        发布时间：2024-01-17
      • 陈词,蒯海岚,李林羚,胡霞,杨基峰,张松柏
        2024, 43(1): 191-199. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23083104
        摘要：脱氧核酶作为一类具有酶活性的功能核酸分子，以其不同于蛋白酶和核酶的结构优势而被广泛应用于生物传感等分析检测领域。但核酸结构易受生物酶降解，故而限制了脱氧核酶在该领域应用研究中的推进。化学修饰的方法可改善该问题，但仍存在修饰繁琐且价格昂贵等弊端。该文基于核酸结构改造，利用环形核酸结构的耐酶切能力，设计合成了一种环状结构的铅离子响应型脱氧核酶，并对其性能进行了表征。研究结果表明该环形脱氧核酶在外切酶样、自来水样以及75%胎牛血清（FBS）中具有比传统单链脱氧核酶更好的结构稳定性，其中在75%胎牛血清中稳定存在的时长达6 h。此外，环形结构的引入也增强了脱氧核酶与底物序列的相互作用，进而影响基于环形脱氧核酶的生物传感器的信号表达，这一特性有望为脱氧核酶生物传感器的构建提供新思路。  
        关键词：环形脱氧核酶;环形核酸;脱氧核酶;铅离子检测;生物传感器   
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        发布时间：2024-01-17
      • 刘尧尧,李朵朵,郭小玉,文颖,杨海峰
        2024, 43(1): 200-206. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23061302
        摘要：该文采用处理后的泡沫镍为反应模板，直接还原氯金酸溶液，经实验条件优化，原位制备了纳米金-泡沫镍多孔磁性复合表面增强拉曼散射（SERS）基底（Au-NFs）。泡沫镍三维网状具有大的比表面积和粗糙度，可稳定负载纳米金，通过Au—S键化学吸附更多的目标分子6-巯基嘌呤。复合基底的磁特性易于磁分离富集，避免血液共存物对SERS检测6-巯基嘌呤的干扰。利用磁场诱导纳米金-泡沫镍聚集，可进一步优化纳米金局域等离子场分布，形成SERS热点，大大提升了分析灵敏度，对于探针分子4-巯基吡啶的检出限可达5×10-9 mol/L。在外磁场优化条件下，基于Au-NFs复合SERS基底定量检测6-巯基嘌呤，在5×10-7 ~1×10-8 mol/L浓度范围内有良好的线性，检出限为1×10-9 mol/L。该Au-NFs基底无需样品预处理，可实现血清中6-巯基嘌呤的快速分析，加标回收率在92.8%~107%范围内，表明方法可靠。  
        关键词：泡沫镍;金纳米;磁复合材料;6-巯基嘌呤;SERS检测;血清;免疫抑制剂   
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        发布时间：2024-01-17
      • 张铭中,关鹏程,林嘉盛,许珊珊,张凡利,张月皎,李志勇,李剑锋
        2024, 43(1): 207-212. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.23091402
        摘要：汗液是一种可无创测量的分析物，其pH值可作为诊断和监测各种生理状况的重要指标。表面增强拉曼散射技术（SERS）是一种快速、灵敏、无创、无标记的分析检测技术，但存在因信号波动导致的稳定性差等问题。该文通过制备一种内标型花瓣状间隙增强拉曼标签（PGERT）纳米颗粒并构建pH传感器，实现了对人体汗液中pH值的精确实时分析。该传感器通过在间隙结构内部修饰4-巯基苯甲氰（4-MBN）分子获得内标拉曼信号，并基于外部花瓣状壳层表面修饰pH传感分子4-巯基苯甲酸（4-MBA）获得增强的探针信号，显著提高了检测稳定性和灵敏度。该研究先使用原位分析池建立了pH 5.0~8.0条件下的标准分析曲线，相关系数（r2）高达0.99。该传感器对4种不同pH值汗液（pH 5.0~7.0）的检测结果与标准pH计测试结果的误差率分别为（2.17±5.0）%、（4.62±1.1）%、（5.80±0.3）%、（3.68±1.0）%。结果表明，基于该内标型花瓣状间隙纳米拉曼标签的传感器可用于人体汗液的pH值监测，并具有高灵敏度、高稳定性以及分析精确的优点。  
        关键词：花瓣状间隙增强拉曼标签（PGERT）;内标;pH检测;汗液;SERS   
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        发布时间：2024-01-17
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