【写作竞赛】分子实时监测:“纳米-生物-电-光”的多界面传感器

高度灵敏并具有选择特异性的生物检测方法无疑是生物诊断领域的最大渴求。作为可能的解决方案之一,针尖增强拉曼光谱(TERS)越来越多地被应用到DNA或蛋白质等生物大分子的检测和相关诊断中。作为该研究的重点,高效增强基底由于周期纳米结构的有序可控制备而得以实现,其中最值得一提的是高灵敏度与高性噪比的纳米电极阵列的开发。然而,目前利用该纳米电极阵列用于电化学和增强光谱同时检测的报道仍较为缺乏。

令人振奋的是,来自新加坡南洋理工大学的研究人员研发出了独特的金纳米尖端阵列(Gold Nanotip Array)作为多信号检测的新工具,该研究成果发表在Small上。

这种金纳米尖端阵列的结构可分解为:(a)利用光刻法制备聚二甲硅氧烷(PDMS)的金字塔阵列;(b)在阵列上沉积金形成金纳米锥体阵列;(c)在该阵列上旋涂并可控刻蚀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在锥体上覆盖绝缘层得到金纳米尖端阵列。这样的设计仅仅利用了传统的光刻和化学蚀刻的手段,但却实现了高通量以及成本的有效控制,并且巧妙地利用其中的绝缘层有效降低尖端之间的信号干扰。

有趣的是,该金纳米尖端阵列可作为实现超敏与分子实时监测的电化学检测工具。在结合了与ATP特异识别的单链DNA适配体(Aptamer)连接于金纳米尖端后进行分子捕捉,并通过电化学阻抗谱监测,在没有任何尖端信号放大的情况下,就能实现几十皮摩尔级别的浓度检测,并达到1皮摩尔的检测限。如果信号被进一步放大,金纳米电极的灵敏度还将至少提升一个数量级,从而真正实现生物活性物皮摩级的浓度测量。基于该设想,研究人员利用了各金纳米尖端处可形成较高的电磁场联合尖端增强的拉曼光谱(TERS,Tip-enhanced Ramen Spectroscopy),并依靠电化学或光谱学的手段,实现超敏与分子实时监测。

更为重要的是该报道利用独特的纳米科技创造了一个“纳米-生物-电-光”的多界面交互结构,相信它将在动态化学、生物检测等领域得到广泛的应用。