金泽大学 图1:(一)质膜锚定纳米传感器示意图
用于金纳米粒子偶联的化合物是对H2O2敏感的4-巯基苯基硼频哪醇酯和生物素-HPDP
使用NHS-生物素获得质膜蛋白质外域的生物素化
通过链霉亲和素与两个生物素部分反应来锚定结合的抗生物素蛋白和抗生物素蛋白-生物素
(b)在纳米传感器锚定和固定后，对A549肺癌细胞进行原子力显微镜分析
高分辨率原子力显微镜图像证实了纳米传感器的存在，它与细胞表面接触，能够检测非常浅区域(即
e
90纳米)的细胞外液与质膜接触
学分:金泽大学 金泽大学的研究人员在《生物传感器和生物电子学》中报道了一项成功的传感器测试，该传感器用于测量细胞膜附近的过氧化氢浓度
这种传感器有可能成为新癌症治疗的工具
人体内的几个过程受包括过氧化氢(H2O2)在内的生化反应的调节
尽管H2O2可以充当“第二信使”，在细胞之间传递或放大某些信号，但由于其氧化剂的特性，H2O 2通常是有毒的
后者意味着它转化(氧化)生化分子，如蛋白质和脱氧核糖核酸
然而，H2O2的氧化特性对癌症有潜在的治疗意义:故意使肿瘤细胞增加H2O2浓度是一种破坏它们的方法
有鉴于此，而且为了监测与H2O2过量产生相关的病理，具有可靠地量化细胞外环境中过氧化氢浓度的方法是至关重要的
现在，金泽大学纳米生命科学研究所(WPI-NanoLSI)的莱昂纳多·普普林和他的同事已经开发了一种传感器，用于测量细胞膜附近的H2O2浓度，分辨率为纳米
这种生物传感器由附着有机分子的金纳米粒子组成
整个群集的设计使得它很容易锚定在细胞膜的外面，而细胞膜正是要检测的过氧化氢分子所在的地方
作为附着分子，科学家们使用了一种叫做4MPBE的化合物，已知这种化合物具有很强的拉曼散射响应:当受到激光照射时，这些分子会消耗一些激光的能量
通过测量激光的频率变化，并将信号强度绘制成这种变化的函数，就可以获得一个独特的光谱4MPBE分子的特征
当一个4MPBE分子与一个H2O2分子反应时，它的拉曼光谱会发生变化
基于这一原理，通过比较拉曼光谱，普普林和他的同事能够获得生物传感器附近H2O2浓度的估计值
图2:(1)表面增强拉曼光谱用于检测和量化H2O2诱导的4-甲基-5-戊二烯分子的修饰，该分子组装在锚定在细胞上的纳米传感器的金表面上
在998厘米-1处的拉曼带的强度取决于H2O2浓度，而在1074厘米-1处的带没有显示出改变，并且它可以用于谱线的归一化
纳米传感器校准的结果
1074厘米-1处的强度与998厘米-1处的强度之比显示出与H2O2浓度的线性相关性
亮场图像中显示的从A549细胞表面收集的细胞外内源性过氧化氢的SERS高光谱图示例
(A)中所示的SERS光谱是从位置A和B收集的
学分:金泽大学 在为他们的纳米传感器开发了一个校准程序——用定量的方式将H2O2浓度与拉曼光谱的变化联系起来并不简单——之后，科学家们能够为肺癌细胞样本制作出分辨率约为700纳米的浓度图
最后，他们还成功地扩展了他们的技术，获得了跨细胞膜H2O2浓度变化的测量结果
普普林和他的同事总结说，他们的“新方法可能有助于研究与细胞增殖或死亡有关的实际H2O2浓度，这是充分阐明生理过程和设计新治疗策略的基础
" 图3: (a)氮氧化物复合物在细胞外产生H2O2，随后通过水通道吸收并与细胞内过氧化还原酶反应的示意图
在稳态条件下，细胞外H2O2与细胞内H2O2的浓度比可以通过过氧化氢还原H2O2的速率常数与通过质膜吸收H2O2的速率常数之比来估计
(二)-(三)氧化还原生物学实验的典型结果，我们分别用拟合线测量了kabs和kprx
使用新设计的纳米传感器在A549细胞上测量的细胞外平均表面[H2O2]e和[H2O2]e的典型最大值
(e)根据(a)中报告的模型并使用(b)-(d)中的结果，估计A549细胞内的平均[H2O2]i和[H2O2]i的典型最大值
学分:金泽大学 金泽大学的莱昂纳多·普普林和他的同事开发的生物传感器是基于一种叫做表面增强拉曼光谱(SERS)的方法
该原理源自拉曼光谱，其中分析了照射到样品上的激光的入射和出射频率之间的差异
通过将信号强度绘制为频率差的函数而获得的光谱是样品的特征，其原则上可以是单个分子
然而，典型地，来自一个分子的信号太弱而不能被检测到，但是当该分子被粗糙的金属表面吸收时，效果可以被增强
普普林和他的同事将这项技术应用于(间接)检测过氧化氢；他们的拉曼响应分子是一种叫做4MPBE的化合物，当暴露在过氧化氢中时会发生变化
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