胞中谷胱甘肽的可视化检测（见图14），方法简便快速。
pH值的变化对细胞功能有着重要影响，细胞内的酸度与癌细胞的耐药性及凋亡紧密联［31］
系。因此，癌细胞内pH值的研究在理解其代谢、疾病的诊断及治疗方面受到重视。基于纳米粒子的各种光学探针，具有对机体影响小、稳定性好、灵敏度高等优点，结合传感细
胞构建光学细胞传感器应用于定量和实时监测细胞内的pH值变化具有较好的应用前景。癌变细胞相对于正常细胞的生理条件偏酸
［32］
性，Lee等设计了对pH值变化敏感的胶束（MPEG－PAE－H）作为光学传感器的光学探针，用于活体癌变部位的成像。将荧光染料、荧光猝灭分子及对pH值变化敏感的聚合材料复合成纳米粒子，以乳腺癌细胞MDA－MB-231作为模型，在正常生理条件下纳米粒子稳定存在，其荧光发生自猝灭，而在癌细胞的酸性微环境中纳米粒子分解，荧光恢复，从而可对癌细胞中的pH值进行检测（如机理图15）
。对比了不同pH值敏感型光学纳米探针，结果表明此纳米胶束对pH值变化具有较高的灵敏度，并可用于肿瘤小鼠后腿部pH的分析成像。为更精确地进行细胞内pH值的监测，Modi等［33］采用发生部分碱基互补的O1、O2。与O3三段寡肽组成一种“DNA纳米机器”
该“纳米机器”的两端富含胞嘧啶，在其O1、O2两端分别键合荧光染料Alexa-488和Alexa-647，将键合后的“DNA纳米机器”作为胞内
图15pH敏感型胶束纳米粒子原理示意图Fig.15SchematicillustrationofthepH-dependent
fluorescencerecoverysystemunderacidicconditions［32］
［32］
［30］
基于过氧草酸化合物与花青染料纳米探针的构建［29］
示意图（A）及其检测活性氧的机理图（B）
Fig.13OptimizedROS（Reactiveoxygenspecies）detection
nanoprobes（A）basedonperoxyoxalate
fuelandacyaninedye（B）［29］
图13
罗丹明B功能化金纳米粒子结合荧光能量共振
［30］
转移检测巯基化合物示意图
Fig.14SchematicillustrationofahomogenousdetectionofthiolsusingRB-functionalizedAuNPnanoprobeswithFRET［30］
图14
pH荧光探针。在正常生理条件下，Alexa-488发射稳定的荧光；在酸性条件下，胞嘧啶发生质子化及
DNA构型的变化，2种荧光染料分子间发生荧光能量转移，Alexa-488荧光猝灭；从而形成细胞传感器。采用时间分辨荧光光谱检测，在pH7.3条件下，DNA呈“l型”，荧光处于“Open”的“光学开关”
状态；而pH5.0条件下，DNA结构从“l型”转变为“三角闭合”构型，荧光处于“Closed”状态，如图16所示。这种pH敏感元件用于活细胞中pH值的监测和定位分析，为癌细胞内pH传感、疾病诊断和靶向治疗等研究提供了一个新的视角。
另一种pH敏感型光学细胞传感器的原理是基于探针表面电荷的改变来检测pH值。一般细胞表面带有负电荷，与负电性聚合物PAMA－DMMA形成的纳米粒子存在排斥作用，不能进入细胞，而癌细
1214分析测试学报第30
卷
胞微环境偏酸性，PAMA与DMMA形成的酯键水解，聚合物纳米凝胶中PMAM的氨基裸露在外并与质子结合，使纳米粒子表面带上正电荷而进入细胞，较多的纳米粒子被累积在癌细胞中（图17A）。基于这一原理，Du等以癌细
435为传感细胞，将荧光染料胞MDA－MB-FITC与纳米胶复合，形成光学传感探针，以核酸染料DAPI、肌动蛋白对癌细胞进行同时标
记，发现该纳米凝胶可累积在癌细胞的细胞基质中，如图17B所示。这种纳米探针在癌细胞诊断成像及药物传输方面有潜在的应用
［34］
前景。
［34］
采用“DNA纳米机器”研究细胞
［33］
内pH的机理示意图
Fig.16SchematicillustrationofintracellularpH
imagingwithDNAnanomachine［33］
图16
pH敏感型载药纳米凝胶PAMA－DMMA机理示意图（A）及荧光染料FITC标记的纳米凝胶（PAMA－DMMA）在癌细胞中分布（B）［34］
Fig.17Schematicillustrationoftheperformanceofthedrug-loadedpHresponsivecharge-conversional［34
PAMA－DMMAnanogel（A）anddistributionofFITC-labeledPAMA－DMMA（B）］
图17
2展望
随着化学、生物、医学、物理等多学科的交叉发展及纳米科技的进步，引入纳米光学探针与传感细胞构建的光学细胞传感器用于癌细胞中膜分子、酶及微环境中活性氧、pH值的研究，为癌症的诊断与治疗提供了新方法。但光学传感器的设计和发展仍有一些问题有待解决：如在体中的安全性及稳定性问题；如何避免复杂细胞环境中的背景干扰，实现癌细胞诊断的高效和准确性等。基于纳米粒子的光学细胞传感器正在向智能化、多功能化发展，并在生物医学领域研究中具有广阔的应用前景。
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