在生物检测和生物成像领域中，荧光传感因其高灵敏度和选择性而受到广泛关注，其主要依赖于能量传递或电子传导机制。与纳米颗粒材料相比，超薄二维纳米材料由于其表面具有高密度的不饱和原子和较高的表面积，引起了人们**的兴趣。近年来，许多由金属组分组成的复合纳米材料在二维纳米材料上得到了广泛的研究，这些材料在传感、催化、光学和可再生能源等领域具有独特的功能特性，但其在生物领域的应用还很有限。
成果简介
Tian et, al.报道了一种基于二维共价有机骨架纳米薄片生长小尺寸金纳米颗粒（(Au NPs/COF NSs)）的方法，合成的混合纳米薄片可多重检测甲型肝炎病毒DNA(HAV)和乙型肝炎病毒DNA (HBV)，此外，AuNPs/COF NSs还可作为检测钾离子(K+)分布和活细胞内K+水平的平台。该文章以“Au nanoparticles deposited onultrathin two-dimensional covalent organic framework nanosheets for in vitroand intracellular sensing”为名，并发表在Nanoscale（DOI: 10.1039/C9NR08220D）。
图文导读
图一：基于Au NPs/COF NSs的复用传感平台示意图(黄色圆点代表Au NPs)。
传感平台的设计主要基于DNA模板化的银纳米团簇(Ag NCs)，将两种ssDNA序列用于目标DNA的多路检测。
图二 COF纳米片(NSs)的合成
COF主要采用溶液超声法剥离成二维超薄纳米片。COF NSs上的金纳米颗粒主要采用PVP与柠檬酸钠辅助合成，PVP有助于颗粒分散稳定，而柠檬酸钠可以温和还原HAuCl4，避免金纳米颗粒结块。
图三 (a) NPs/COF NSs的TEM图像和(b)放大后的Au TEM图像，(c) Au 的XPS，(d) COF NSs和Au NPs/COF NSs的XRD分析。
COF NSs的尺寸从几百纳米到几微米不等，厚度大约为3.5nm，而金纳米粒子的尺寸主要为3.9±0.5 nm。
图四 (a)不同条件下P1的荧光光谱，(b) Au NPs/COF NSs和(c) COF NSs浓度对P1和T1下P1荧光强度的影响，(d) Au NPs/COF NSs存在时P1和P1+T1的荧光猝灭曲线。
为了评价Au NPs/COF NSs对AgNCs荧光探针的荧光猝灭能力和相互作用，Ag NCs将标记为探针(P1)，并以此检测HAV (T1)。P1在520 nm处表现出强烈的荧光发射，并且在Au NPs/COF NSs存在的情况下，P1+T1的荧光强度仍然保持不变，并且在Au NPs/COF NSs溶液中高于P1。NPs/COF NSs检测P1和P1+T1双链的荧光强度，浓度为12.0 g/mL。Au - NPs/COF NSs复合材料的淬灭性能优于纯COF NSs复合材料，可以作为一种**的淬灭剂，主要是因为COF NS上的金纳米粒子作为一种优秀的电子受体，改善了受体内的电子传导，而COF与金纳米材料的协同作用增强了能量传递和电子传递效应。
图五 (a) Au NPs/COF NSs存在时，不同浓度T1下P1的荧光光谱。(b) T1检测校准曲线。(c)不同T2浓度的P2在Au NPs/COF NSs存在下的荧光光谱。(d) T2检测校准曲线
随着T1的浓度从0.1增加到100 nM, P1的荧光信号增强，说明Au NPs/COF NSs具有很强检测的灵敏性。同时，使用Ag NCs标记的探针（P2）进行检测HBV（T2）DNA发现， Au NPs/COF NSs对P2也具有猝灭能力。
图六 (a)目标T1和(b)目标T2下基于Au NPs/COFNSs的多路复用检测的荧光光谱
将P1，P2混合后，在只加入T1的前提下，在520nm处出现了荧光信号，同样地，T2加入后，615nm处也出现了荧光，证明了Au - NPs/COF - nsns生物传感器可作为DNA分子的多路检测平台。
图七 (a)基于Au NPs/COF NSs传感平台，red-emitting P3在不同K+浓度下的荧光光谱。(b)检测K+的校准曲线。
此外，在新型传感平台的基础上引入适配体，可将荧光Ag NC探针扩展到DNA复杂结构的检测。将K+适配体序列与模板DNA序列P3连接，进行无标记K+检测。当K+存在时，ssDNA可形成g -四重结构。刚性DNA结构从Au NPs/COF NSs表面释放，荧光信号被恢复。随着K+浓度从1增加到150 nM，Au NPs/COF NSs传感器的荧光强度增强，说明其具有良好的K+检测性能。
图八 基于Au NPs/COF NSs的K+传感器用于细胞内荧光成像的原理图。
图九 人骨髓间充质干细胞（MSCs）培养(a)无K+传感器，(b)含K+传感器的共聚焦荧光成像。K+传感器培养MSCs，分别用(c) ATP、(d)AmB、(e) N+B+O混合刺激后的共聚焦荧光成像。
敏感的K+传感器可以检测活细胞内钾离子的水平，而提出的基于Au NPs/COF NSs的可激活Ag NC传感平台在细胞成像方面具有广阔的应用前景。三磷酸腺苷(ATP)是一种刺激ATP通道的分子。AmB是K+从细胞外流的促进剂，nigericin、bumetanide、ouabain (N+B+O)联合使用是一种**的K+外流刺激剂。为了监测细胞内K+水平的刺激变化，将细胞用K+传感器培养2h后，然后分别用ATP、AmB和N+B+O的混合物进行处理(图6c-e)。刺激1 h后，细胞出现收缩，细胞边界保持完整。观察到细胞内荧光强度的降低，表明K+从细胞中流出。这些结果与以往的研究结果一致。因此，基于Au NPs/COF NSs的K+传感器被证明是监测细胞内K+平衡的候选。小结
作者开发了一种基于Au NPs/COF NSs的Ag NC荧光检测平台，可用于DNA和K+的体外无标记荧光检测。该荧光传感系统对目标分子具有很高的选择性，可以实现利用green-emitting和 red-emitting Ag NCs的多路复用检测DNA。体外实验表明，金纳米粒子/COF复合纳米粒子可以作为**的荧光猝灭剂。此外，基于适配体K+在活细胞中的成像传感平台来评估K+的分布和细胞内的K+水平发现，Au NPs/COF NSs可作为细胞内传感器检测活细胞内钾K+水平。
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