［13］
图1多功能纳米粒子靶向识别癌细胞表面受体
Fig.1Multifunctionalnanoparticlestargetedtocancercellmem-branesusingaligandtotumorcellspecificsurfacereceptor［12］
［12］
。
表面增强拉曼散射光谱是一种新的光
学检测技术，可作为光学细胞传感器的信号源。金、银等贵金属纳米粒子能明显增
［14］
强拉曼信号，Jun等以磁性纳米粒子为核，二氧化硅为壳，并在二氧化硅表面嵌
图2利用量子点间接键合在T细胞表面定量分析淋巴癌细胞Fig.2Quantumdotisindirectlyconjugatedwiththemembrane
ofTcellthroughtheantigen－antibodyreaction［13］
［13］
第11期王锦慧等：基于纳米粒子的光学细胞传感器在癌细胞研究中的应用1209
合拉曼信号分子和银纳米粒子，构建了一种核壳型复合纳米粒子，将表皮生长因子抗体键合在纳米粒子表面作为靶向探针，该探针能特异性识别乳腺癌细胞和白血病细胞膜表面过量表达表皮生长因子。基于银纳米粒子的表面增强拉曼散射及磁性纳米粒子的分离作用构建光学细胞传感器，用于癌细胞与正常细胞的分离与检测，显著提高了癌细胞检测的灵敏度。
Chen等［15］用乳腺癌细胞表面过量表达的原癌基因作为传感元件，利用具有荧光性质的金纳米棒与其抗体偶联作为荧光探针，采用单分子荧光光谱和激光共聚焦显微镜观察功能化金纳米棒在细胞膜、核内体、溶酶体、高尔基体及液泡中的分布情况，结果表明探针由细胞膜内吞进入胞内并集中分布在核内体和溶酶体中。这对于探测纳米粒子在癌细胞中的扩散动力学过程和受体介导下的吞噬机理、合理设计药物等靶向传输至关重要
。
相对于抗体分子，适配体是一种价廉、稳定性好、特异性高的DNA片段，已得到广泛应用。Medley等
基于适配体功能化的纳
米粒子检测淋巴瘤细胞。适配体（AC）对淋巴瘤细胞表面的生物分子有高度亲和力，诱导金纳米粒子在细胞表面的组装，引起细胞传感界面的表面等离子共振吸收光发生变化（溶液由红变为蓝色）。采用比色分析法直接检测癌细胞，检测限可达到1000个癌细胞，方法简单，且具有较高的灵敏度（见图3）。
［16］
图3
复杂生理条件下含有的各种蛋白往往会
［17］
干扰癌细胞的检测。为减少蛋白等物质的干扰，Herr等先利用适配体磁性纳米粒子从复杂样品中分离和富集癌细胞，再采用功能化的荧光纳米粒子对其进行标记，可实现癌细胞的鉴别和检测。将适配体键合在磁性纳米粒子表面，分别再将TDO5、sgc8、T1适配体键合在发射红、绿、蓝色荧光的纳米粒子上，依次靶向RamosB淋巴瘤细胞、CEM白血病癌细胞及Toledo弥漫大B淋巴瘤细胞，采用荧光成像区分、鉴别混合癌细胞中不同类型的癌细胞，如图4所示。这种适配体构建的光学细胞传感器，在疾病诊断、细胞分离和检测方面有潜在应用前景
。
基于适配体功能化的金纳米粒子（AC－GNP）
［16］
的比色法检测癌细胞
Fig.3SchematicrepresentationoftheAC－GNP
basedcolorimetricassay［16］
Fig.4
利用功能化磁性纳米粒子（MNP）分离出不同的癌细胞
［17］
并采用光学纳米探针（FNP）进行癌细胞的检测
Schematicrepresentationofthemultipleextractionprocedurewiththemagneticnanoparticles（MNPs）beingaddedandextractedstepwiseandthecorrespondingfluorescentnanoparticles（FNPs）
beingaddedpostmagneticextractionofcellsamples［17］
图4
功能化纳米粒子能够识别癌细胞表面的多个标志物，有利于癌细胞的快速检测。以2种乳腺癌细474和MCF-7）膜表面过量表达的核酸激素类受体（ER和PR）、抗原（HER2和EGFR）及mTOR胞（BT-蛋白作为靶向位点，采用发射不同荧光光谱的量子点作为光学探针，可用于原位分析癌细胞中的上述［18］
分子（如图5所示）。
1210分析测试学报第30
卷
图5
474（A）和MCF-7（B）表面多种标记分子的检测［18］不同发射光谱量子点（QDs）对乳腺癌细胞BT-Fig.5Spectraofquantumdots（QD）emissionofarepresentativeBT-474cell（A）andMCF-7cell
（B）withemissionpeaksat525，565，605，655，705nm，confirming
thedifferentialexpressionlevelsofthetumorbiomarkers［18］
透明质酸是一种生物相容性好的高分子材料，能够特异性识别癌细胞表面过量表达的CD44分子，
［19］
可作为癌症诊断的潜在靶点。将透明质酸与量子点偶联作为光学探针，可用于表面过量表达有CD44分子的HeLa细胞的成像（图6A）。通过在小鼠淋巴管皮下静脉注射功能化量子点，使得淋巴管
［20］
可视化（图6B），数天后仍保持较高的分辨率，有望应用于体内癌细胞的实时监测。
从分子水平诊断疾病是医学家追求的目标，一般的光学显微成像技术达不到纳米分辨率，近场光学显微镜是目前可实现单分子探测达到纳米分辨率的一种新型光学技术。蔡继业利用具有纳米分辨率的近场光学显微镜结合量子点标记技术，对人胃腺癌细胞膜表面过量表达的叶酸受体分布进行分析，观察到叶酸受体以聚集体形式分布在细胞膜表面，从单细胞水平分析了受体分子的分布，为受体介导的内化过程研究提供了一种新方法。
透明质酸键合量子点用于HeLa细胞（A）及
［20］
其用于静脉血管的荧光成像（B）
Fig.6FluorescencemicroscopeimagesofHeLacells（A）andnearthesubcutaneousinjectionsites（B）of200nmol/Lofhyaluronicacidquantumdotconjugate（HA-QD，
ratioofQD/HAis4∶1）solution［20］
图6
等
［21］
1.2癌细胞中酶分子的研究
酶与生理病理等多个过程密切相关，
如细胞外基质降解、癌细胞的侵袭、转移、血管生成及关节炎等发炎性疾病。一些酶在病变组织中的含量较高，可作为潜在的靶点进行病变部位的诊断成像和治疗。在生理条件下特异性多肽在水解酶作用下发生水解。因此，结合水解过程设计合理的光学探针，即利用传感细胞中具有活性酶分子的水解特性，通过多肽将荧光纳米粒子与荧光猝灭剂连接，使分子间发生荧光能量转移而产生荧光猝灭。在胞内水解酶的化，可研究细胞中酶分子的活性（如图7）
［22］
图7酶作用下纳米粒子荧光激活示意图