热点速递 | 纳米探针与生物传感器研究进展

       在生命科学和医学研究领域，对生物分子进行高灵敏度、高特异性的检测与分析一直是关键任务，直接关系到疾病的早期诊断、治疗效果评估以及药物研发的进程。某大学教授团队聚焦于纳米探针荧光共振能量转移及生物传感器的应用研究方向，为这些关键问题带来了创新性的解决方案，开辟了生物医学检测的新路径。

一、荧光共振能量转移：解锁纳米级检测奥秘

       荧光共振能量转移（FRET）是一种在分子层面发挥作用的能量转移现象。当供体荧光分子的发射光谱与受体分子的吸收光谱有一定程度重叠，且两个分子之间的距离在合适的纳米尺度范围内（通常为1-10纳米）时，供体分子吸收能量后被激发，其激发态能量可以通过非辐射的偶极- 偶极相互作用传递给受体分子，使得受体分子被激发并发射荧光 ，而供体荧光强度相应减弱。这就如同在纳米世界里搭建了一座能量桥梁，通过荧光信号的变化来反映分子间的距离和相互作用。

图1：桌面级小型化的近红外二区成像系统

       团队利用FRET原理，精心设计和构建了一系列高性能的纳米探针。这些纳米探针犹如微小而精准的“探测器”，能够深入生物体系内部，实现对特定生物分子的高灵敏检测。比如在检测某些疾病相关的生物标志物时，传统检测方法常常受到背景信号干扰、灵敏度不足等问题的困扰，而基于FRET的纳米探针可以通过巧妙的设计，使得只有当目标生物标志物存在并与探针发生特异性结合时，才会触发明显的荧光信号变化，极大地提高了检测的准确性和灵敏度，有效避免了假阳性和假阴性结果。

二、纳米探针在生物医学检测中的神奇应用

       在癌症早期诊断领域，癌症的早期发现对于提高患者治愈率和生存率至关重要。团队研发的纳米探针能够特异性地识别癌症相关的生物标志物，如特定的蛋白质、核酸片段等。通过FRET技术，当纳米探针与这些标志物结合时，会产生显著的荧光信号改变，从而实现对癌症的早期精准检测。这种检测方法相比传统的癌症筛查手段，具有更高的灵敏度和特异性，能够在癌症还处于微小病灶、症状不明显的阶段就及时发现，为患者争取宝贵的治疗时间。

图2：小鼠肿瘤及周边血管双重成像

       在神经系统疾病研究中，准确检测神经递质、神经肽等生物分子对于理解神经系统的生理和病理过程至关重要。基于FRET的纳米探针可以实时、动态地监测这些生物分子在神经细胞间的传递和变化，帮助科研人员深入了解神经系统疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等的发病机制，为开发新的治疗策略提供关键的理论依据。

三、生物传感器：开启快速、便携检测新时代

       生物传感器是融合了生物学、化学、物理学和电子学等多学科知识的创新检测设备。它以生物分子识别元件（如酶、抗体、核酸适配体等）为“触角”，能够特异性地识别目标生物分子，再通过与之相连的物理或化学换能器将这种识别事件转化为可检测的电信号、光信号等，最终实现对生物分子的快速、定量检测 。

       团队致力于开发新型的生物传感器，将纳米技术与生物传感技术深度融合，赋予生物传感器更优异的性能。例如，团队研发的基于纳米材料的生物传感器，在灵敏度、检测速度和便携性方面都取得了重大突破。这种传感器可以实现对生物样品的现场快速检测，无需复杂的实验室设备和专业技术人员，大大拓宽了生物检测的应用场景，无论是在基层医疗单位进行疾病筛查，还是在野外环境进行生物样本分析，都能发挥重要作用。