單細胞內(nèi)的熒光分析和成像能夠為了解細胞功能、疾病機理、細胞與藥物的相互作用等提供豐富的信息。由于細胞內(nèi)待測物質(zhì)的含量非常低，往往需要對熒光信號進行放大或增強。等離子增強熒光（Plasmon-enhanced fluorescence, PEF）或金屬增強熒光（Metal-enhanced fluorescence, MEF）能夠有效地增強金屬表面或納米顆粒附近的熒光強度，從而提高熒光傳感的靈敏度或成像質(zhì)量。然而，由于PEF的有效增強距離通常小于100 nm，而細胞的尺寸在微米級別，因此PEF只能增強細胞膜附近的熒光分子，無法提高細胞內(nèi)的分析靈敏度和成像質(zhì)量。為了解決這個問題，清華大學(xué)陸躍翔助理教授與陳靖教授課題組發(fā)展了一種基于納米內(nèi)窺鏡的熒光增強模式，有望用于單細胞內(nèi)的熒光高靈敏檢測。
在前期工作中，清華大學(xué)的研究團隊制備了具有顯著熒光增強效應(yīng)的多孔金納米線。通過調(diào)節(jié)納米線上孔徑的尺寸可以有效地調(diào)節(jié)納米線的等離子體共振峰的波長，使其與熒光染料Cy5的發(fā)射峰匹配。同時，納米線上均勻分布的孔道可以提高納米線表面“熱點”的密度，從而實現(xiàn)熒光增強效應(yīng)的顯著提高。研究發(fā)現(xiàn)，在單根多孔金納米線上，Cy5分子的熒光強度最大可以增強62倍，比光滑金納米線表面的熒光強度提高了8倍，是目前報道的在單根納米線上獲得的最高熒光增強倍數(shù)。相比于光滑金納米線，多孔金納米線的熒光背景顯著降低，有利于提高檢測的信噪比（Chemical Communications, 2016, 52, 1808-1811. Back cover）。
隨后，研究團隊通過將這種具有顯著熒光增強效應(yīng)的單根多孔金納米線組裝到鎢針針尖上，構(gòu)建了具有熒光增強效應(yīng)的納米內(nèi)窺鏡。這種納米內(nèi)窺鏡長度為15微米，直徑為250納米，可以在光學(xué)顯微鏡下通過三維操作平臺進行精確的操控和移動。研究人員以溶菌酶為檢測對象，將納米內(nèi)窺鏡插入到微小液滴中，實現(xiàn)了微米深度溶菌酶的高靈敏檢測，空間分布率達到亞微米級。與基于光滑金納米線的納米內(nèi)窺鏡相比，檢測靈敏度提高了23倍。
這種基于單根多孔金納米線的納米內(nèi)窺鏡具有多種優(yōu)勢，使其有希望用于單細胞內(nèi)部高時空分辨的熒光分析和成像：納米線為具有較小直徑的圓柱體，并具有良好的生物相容性，可以降低對細胞的損傷；納米線上的熒光增強效應(yīng)可以提高檢測靈敏度；金表面易于修飾，可以發(fā)展多種檢測體系用于不同物質(zhì)的檢測。該研究成果近期發(fā)表在Analytical Chemistry 上，該工作得到了國家自然科學(xué)基金的大力支持。
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