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当前生物传感器存在灵敏度、特异性及环保性不足等问题。研究人员开展以金纳米团簇（AuNCs）为基础的无标记、环保型传感器研究。结果显示该传感器检测限达阿托摩尔级，特异性高。这为生物分析和环境监测提供了新途径。
在生命科学和医学领域，精准检测生物分子至关重要。传统的生物传感器，就像是不够精准的 “探测器”，在检测极低浓度的生物标志物时困难重重，而且大多依赖复杂的操作、有毒的溶剂，这不仅限制了它们在复杂生物环境中的应用，还对环境不友好。例如，在疾病早期诊断中，很多癌症或神经退行性疾病的生物标志物在初始阶段含量极少，现有传感器难以捕捉到这些微量信号，导致疾病不能及时发现和治疗。因此，开发更灵敏、环保且适用于复杂环境的生物传感器迫在眉睫。
国外研究人员针对这些问题开展了一项关于金纳米团簇（AuNCs）用于无 PCR 超灵敏 DNA 检测的研究。研究结果表明，他们成功合成并功能化了 AuNCs，构建出一种超灵敏、环保且无标记的传感器。该传感器在检测特定 DNA 序列时表现出色，检测限能低至阿托摩尔（aM）级别，并且在复杂生物基质（如血液）中也能准确区分目标 DNA 和非特异性序列。这一成果意义重大，为生物分析和环境监测提供了一种简单、高效且可持续的检测工具，在医学诊断和环境监测等领域具有广阔的应用前景，相关论文发表在《Applied Surface Science Advances》上。
研究人员在实验过程中主要运用了以下关键技术方法：一是通过绿色化学方法合成 AuNCs，利用谷胱甘肽（GSH）和氯金酸（HAuCl4）反应，在不使用有毒有机溶剂的条件下制备出具有良好光学性质的 AuNCs；二是对 AuNCs 进行功能化修饰，用硫醇化单链 DNA（ssDNA）对其进行修饰，实现对特定 DNA 序列的识别；三是采用多种表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）、紫外 - 可见光谱（UV - Vis）、荧光光谱等，对 AuNCs 及其功能化产物的形貌、光学性质等进行全面分析，以确定传感器的性能。
纳米团簇合成与光学性质
研究人员采用环保的合成方法，仅用三小时就制备出了 AuNCs。通过 DLS 和 TEM 对其形貌进行表征，发现其水动力直径约为 3nm，平均核心直径为 2.7±0.9nm。在光学性质方面，UV - Vis 分析显示其在 400nm 左右有特征吸收峰，荧光研究表明其光激发峰在 400nm 左右，发射峰在 600nm 且伴有 650nm 的肩峰，3D 激发 - 发射图谱则更全面地展示了其光学响应特性。由此可见，该方法制备的 AuNCs 具有独特且稳定的光学性质，为后续作为传感器的应用奠定了基础。
纳米团簇功能化
为使 AuNCs 能够特异性识别生物分子，研究人员用硫醇化 ssDNA 对其进行功能化。实验发现，使用 MES 缓冲液能有效稳定 DNA 结构和 AuNCs 的胶体稳定性，避免其在水中沉淀。通过多种表征手段证实了 ssDNA 成功结合到 AuNCs 表面，且功能化后 AuNCs 的量子产率显著提高，从 0.012 提升到 0.069，同时 zeta 电位也发生明显变化，进一步证明了配体交换的成功。这表明功能化后的 AuNCs 具备了识别目标分子的能力，且光学性能得到优化，更适合用于生物传感。
分析物识别动力学研究
将功能化后的 AuNCs - ssDNA 与目标 DNA（ssDNA - target）混合，监测荧光变化。结果显示，随着杂交反应的进行，荧光信号逐渐减弱，约一小时后达到稳定。这种荧光猝灭现象是由于杂交过程中配体到金属的电荷转移（LMCT）效率降低。时间分辨光致发光测量还发现，杂交后纳米团簇的荧光寿命延长，表明其环境更加刚性和稳定。这一系列结果说明该传感器对目标 DNA 具有灵敏的响应，能够实时监测杂交过程。
传感器性能评估
研究不同目标浓度对传感器的影响时发现，随着目标浓度增加，荧光猝灭强度增大。通过希尔方程拟合得到解离常数（Kd）为 1.6±1.0nM，检测限（LOD）为 32pM，表明传感器灵敏度较高。与非特异性 DNA 孵育时，传感器的猝灭程度较低，且 zeta 电位变化也证实了其对特异性目标的选择性结合。这充分说明该传感器不仅灵敏度高，还具有良好的特异性，能够准确识别目标 DNA。
传感器优化
为进一步提高传感器性能，研究人员对其进行优化。优化后的传感器在 NCs 表面附着了更多的 ssDNA 探针，UV - Vis 光谱显示其在 260nm 处的峰值更高。优化后传感器的检测能力显著提升，Kd降至 79.3±5.0fM，LOD 达到 25aM，检测限从皮摩尔级提升到了阿托摩尔级，大大提高了传感器对低浓度分析物的检测能力。
特异性测试
通过多种实验评估传感器的特异性。与非特异性 DNA、其他生物分子（如牛血清白蛋白 BSA、葡萄糖、甘氨酸）以及在生物流体（血液）中的测试结果均表明，传感器对特异性 DNA 具有更高的猝灭响应。在血液中，即使存在复杂的成分干扰，传感器仍能有效区分特异性 DNA 和缓冲液，且与特异性 DNA 杂交的纳米团簇稳定性更好，不易聚集。这充分证明了该传感器在复杂环境下也能保持高特异性，可准确检测目标 DNA。
在结论与讨论部分，研究成功合成并功能化了 AuNCs，构建出的传感器具有超灵敏、环保、无标记等优点。优化后的传感器检测限大幅降低，且在复杂生物流体中表现出良好的特异性。虽然该研究目前仅针对完全错配序列，未来可进一步研究其对单核苷酸错配的检测能力。此外，还可通过改进表面钝化、优化探针设计等方式，拓展该平台对蛋白质或小分子的检测能力。这一研究成果为生物分析和环境监测提供了新的有力工具，有望推动医学诊断和环境监测技术的发展，在实际应用中具有巨大的潜力。
