在生物檢測和生物成像領域中，熒光傳感因其高靈敏度和選擇性而受到廣泛關注，其主要依賴于能量傳遞或電子傳導機制。與納米顆粒材料相比，超薄二維納米材料由于其表面具有高密度的不飽和原子和較高的表面積，引起了人們**的興趣。近年來，許多由金屬組分組成的復合納米材料在二維納米材料上得到了廣泛的研究，這些材料在傳感、催化、光學和可再生能源等領域具有獨特的功能特性，但其在生物領域的應用還很有限。
成果簡介
Tian et, al.報道了一種基于二維共價有機骨架納米薄片生長小尺寸金納米顆粒（(Au NPs/COF NSs)）的方法，合成的混合納米薄片可多重檢測甲型肝炎病毒DNA(HAV)和乙型肝炎病毒DNA (HBV)，此外，AuNPs/COF NSs還可作為檢測鉀離子(K+)分布和活細胞內K+水平的平臺。該文章以“Au nanoparticles deposited onultrathin two-dimensional covalent organic framework nanosheets for in vitroand intracellular sensing”為名，并發表在Nanoscale（DOI: 10.1039/C9NR08220D）。
圖文導讀
圖一：基于Au NPs/COF NSs的復用傳感平臺示意圖(黃色圓點代表Au NPs)。
傳感平臺的設計主要基于DNA模板化的銀納米團簇(Ag NCs)，將兩種ssDNA序列用于目標DNA的多路檢測。
圖二 COF納米片(NSs)的合成
COF主要采用溶液超聲法剝離成二維超薄納米片。COF NSs上的金納米顆粒主要采用PVP與檸檬酸鈉輔助合成，PVP有助于顆粒分散穩定，而檸檬酸鈉可以溫和還原HAuCl4，避免金納米顆粒結塊。
圖三 (a) NPs/COF NSs的TEM圖像和(b)放大后的Au TEM圖像，(c) Au 的XPS，(d) COF NSs和Au NPs/COF NSs的XRD分析。
COF NSs的尺寸從幾百納米到幾微米不等，厚度大約為3.5nm，而金納米粒子的尺寸主要為3.9±0.5 nm。
圖四 (a)不同條件下P1的熒光光譜，(b) Au NPs/COF NSs和(c) COF NSs濃度對P1和T1下P1熒光強度的影響，(d) Au NPs/COF NSs存在時P1和P1+T1的熒光猝滅曲線。
為了評價Au NPs/COF NSs對AgNCs熒光探針的熒光猝滅能力和相互作用，Ag NCs將標記為探針(P1)，并以此檢測HAV (T1)。P1在520 nm處表現出強烈的熒光發射，并且在Au NPs/COF NSs存在的情況下，P1+T1的熒光強度仍然保持不變，并且在Au NPs/COF NSs溶液中高于P1。NPs/COF NSs檢測P1和P1+T1雙鏈的熒光強度，濃度為12.0 g/mL。Au - NPs/COF NSs復合材料的淬滅性能優于純COF NSs復合材料，可以作為一種**的淬滅劑，主要是因為COF NS上的金納米粒子作為一種優秀的電子受體，改善了受體內的電子傳導，而COF與金納米材料的協同作用增強了能量傳遞和電子傳遞效應。
圖五 (a) Au NPs/COF NSs存在時，不同濃度T1下P1的熒光光譜。(b) T1檢測校準曲線。(c)不同T2濃度的P2在Au NPs/COF NSs存在下的熒光光譜。(d) T2檢測校準曲線
隨著T1的濃度從0.1增加到100 nM, P1的熒光信號增強，說明Au NPs/COF NSs具有很強檢測的靈敏性。同時，使用Ag NCs標記的探針（P2）進行檢測HBV（T2）DNA發現， Au NPs/COF NSs對P2也具有猝滅能力。
圖六 (a)目標T1和(b)目標T2下基于Au NPs/COFNSs的多路復用檢測的熒光光譜
將P1，P2混合后，在只加入T1的前提下，在520nm處出現了熒光信號，同樣地，T2加入后，615nm處也出現了熒光，證明了Au - NPs/COF - nsns生物傳感器可作為DNA分子的多路檢測平臺。
圖七 (a)基于Au NPs/COF NSs傳感平臺，red-emitting P3在不同K+濃度下的熒光光譜。(b)檢測K+的校準曲線。
此外，在新型傳感平臺的基礎上引入適配體，可將熒光Ag NC探針擴展到DNA復雜結構的檢測。將K+適配體序列與模板DNA序列P3連接，進行無標記K+檢測。當K+存在時，ssDNA可形成g -四重結構。剛性DNA結構從Au NPs/COF NSs表面釋放，熒光信號被恢復。隨著K+濃度從1增加到150 nM，Au NPs/COF NSs傳感器的熒光強度增強，說明其具有良好的K+檢測性能。
圖八 基于Au NPs/COF NSs的K+傳感器用于細胞內熒光成像的原理圖。
圖九 人骨髓間充質干細胞（MSCs）培養(a)無K+傳感器，(b)含K+傳感器的共聚焦熒光成像。K+傳感器培養MSCs，分別用(c) ATP、(d)AmB、(e) N+B+O混合刺激后的共聚焦熒光成像。
敏感的K+傳感器可以檢測活細胞內鉀離子的水平，而提出的基于Au NPs/COF NSs的可激活Ag NC傳感平臺在細胞成像方面具有廣闊的應用前景。三磷酸腺苷(ATP)是一種刺激ATP通道的分子。AmB是K+從細胞外流的促進劑，nigericin、bumetanide、ouabain (N+B+O)聯合使用是一種**的K+外流刺激劑。為了監測細胞內K+水平的刺激變化，將細胞用K+傳感器培養2h后，然后分別用ATP、AmB和N+B+O的混合物進行處理(圖6c-e)。刺激1 h后，細胞出現收縮，細胞邊界保持完整。觀察到細胞內熒光強度的降低，表明K+從細胞中流出。這些結果與以往的研究結果一致。因此，基于Au NPs/COF NSs的K+傳感器被證明是監測細胞內K+平衡的候選。小結
作者開發了一種基于Au NPs/COF NSs的Ag NC熒光檢測平臺，可用于DNA和K+的體外無標記熒光檢測。該熒光傳感系統對目標分子具有很高的選擇性，可以實現利用green-emitting和 red-emitting Ag NCs的多路復用檢測DNA。體外實驗表明，金納米粒子/COF復合納米粒子可以作為**的熒光猝滅劑。此外，基于適配體K+在活細胞中的成像傳感平臺來評估K+的分布和細胞內的K+水平發現，Au NPs/COF NSs可作為細胞內傳感器檢測活細胞內鉀K+水平。
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