基于能量轉移的熒光納米傳感器研究進展

田力，韓鑫，張紀梅

（天津工業大學環境與化學工程學院，天津300387）

基于能量轉移的熒光納米傳感器研究進展

田力，韓鑫，張紀梅

（天津工業大學環境與化學工程學院，天津300387）

從核酸分析、細胞成像、環境監測和生物識別等多個方面綜述了熒光共振能量轉移（FRET）、納米材料表面能量轉移（NSET）、化學熒光共振能量轉移（CRET）等熒光納米傳感器中3種常見光譜技術的最新研究進展，并對熒光納米傳感器在生物標志物發現、疾病早期檢測與診斷、生物成像和體內藥物輸送等生物、化學領域中的發展前景進行了展望.

熒光納米傳感器；熒光共振能量轉移；納米材料表面能量轉移；化學熒光共振能量轉移

熒光納米傳感器在生物檢測、環境監測、細胞成像、疾病診斷與治療等方面的應用引起了人們的廣泛關注[1-2].熒光共振能量轉移（FRET）、納米材料表面能量轉移（NSET）和化學熒光共振能量轉移（CRET）是熒光納米傳感器中3種最常用的光譜技術，它們都涉及供體與受體之間的非輻射能量轉移.能量轉移機制提供了一種新穎的構建生物、化學傳感器的方法，其獨特的空間效應與光譜效應賦予了傳感器突出的性能.比如，能量轉移可用于設計熒光比率探針，與單信號熒光探針相比，比率探針有效地避免了探針濃度、探針環境和激發強度的干擾，極大地提高了檢測的靈敏度和準確性.而且，能量轉移體系中供受體之間嚴格的空間距離，為探索生物分子的構象變化及相互作用機制提供了理想的納米尺.此外，在基于能量轉移的傳感器中，許多窄帶激發的受體（比如有機熒光染料）本身又作為特異性探針部件，通過激發與受體相匹配的寬激發供體（比如量子點），間接地拓展了受體的激發范圍，便于設計兼具寬帶激發和高特異性的探針.本文根據能量轉移途徑的不同將熒光納米傳感器分為3種：基于熒光共振能量轉移的納米傳感器、基于納米材料表面共振能量轉移的納米傳感器和基于化學熒光共振能量轉移的納米傳感器.在此基礎上介紹了其工作機理，并介紹了3種熒光納米傳感器在核酸分析、細胞成像、環境監測和生物識別等領域的最新研究進展.

1 基于FRET的納米傳感器

1.1 FRET的機理

FRET首先由F?rster于1948年提出，其機理如圖1所示.

圖1 FRET機理示意圖Fig.1 Schematic illustration of principle FRET

FRET是指當激發態的供體發射光譜與受體吸收光譜重疊，并且兩個基團空間距離（R）在10 nm以內時，發生的非放射性能量轉移現象[2].影響FRET能量轉移效率的因素有許多種，如供體發射光譜與受體吸收光譜的重疊程度、供體與受體之間偶極的相對取向和空間距離等.FRET對這些因素的敏感性促使其被廣泛用于生物與化學檢測器的構建，并在DNA識別、環境監測和生物成像等方面發揮了巨大的作用.

1.2 在DNA分子檢測中的應用

寡聚核苷酸DNA序列的快速準確檢測對病理學、遺傳學和環境離子檢測等具有十分重要的理論和現實意義.傳統用于DNA檢測的技術包括PCR、Northern印跡、Southern印跡等.近年來，許多課題組通過分子信標（包括量子點、有機熒光染料和金納米粒子等）與DNA連接的方法，構建了豐富多彩的基于FRET的檢測系統.

2007年美國海軍生物分子研究實驗室Medintz等[3]將“發卡”型探針用于DNA檢測.這是一種熒光“關閉型”檢測系統，兩端分別連接熒光染料和量子點的DNA，通過局部自我互補配對形成“發卡”結構.探針與互補DNA序列的雜交打開了“發卡”結構，使量子點與熒光染料基團遠離，導致FRET過程中斷和量子點熒光恢復.這種方法可以檢測nM級別的DNA.

2009年加拿大多倫多大學Krull等[4]報道了一種“三明治FRET”，分別連接有量子點和有機熒光染料的兩條DNA被用于目標DNA的比率檢測.這種方法不僅避免了對目標DNA進行標記，而且也能夠實現低至1 nM DNA的靈敏檢測.

此外，2006年新西蘭奧克蘭大學Peng等[5]設計了一種靜電作用介導的基于FRET的DNA探針，與通過共價方式連接的探針不同,此探針主要通過能量轉移效率的變化實現目標DNA的檢測.

1.3 在離子檢測中的應用

許多金屬離子如Hg2+和Pb2+等，即使濃度很低，也能夠對人類健康和環境造成嚴重危害.因此，探究有效檢測重金屬離子的方法成為人們研究的熱點.

2008年廈門大學Shang等[6]成功地將基于羅丹明B開環效應的FRET方法用于Hg2+檢測.2012年華南理工大學Liu等[7]將供體量子點和受體羅丹明B探針分別固定在二氧化硅球的中間和表層，構建了基于FRET的汞離子探針.由于羅丹明能與Hg2+特異性絡合，因而探針具有較好的選擇性.

2009年廈門大學Guo等[8]將量子點作為能量供體，金納米粒子作為能量受體，通過靜電作用，構建了基于FRET的Pb2+探針.2010年華南理工大學Ma等[9]報道了一種檢測水溶液中Fe3+的方法，該FRET比率檢測系統的最大優點在于能使水溶性差的羅丹明探針實現水溶性檢測.2011年山東師范大學Xue等[10]設計了一種基于氫鍵對FRET效率調節效應的F-探針.基于FRET用于檢測Cu2+、Zn2+等離子的探針也數不勝數[11-12]，為疾病預防和環境監測做出了巨大貢獻.

1.4 在pH值檢測中的應用

pH值對細胞功能有重要的影響.大多數細胞過程，包括細胞體積變化、囊泡運輸、細胞的新陳代謝和信號傳導等都需要通過pH值來調節.細胞內pH值可以通過多種方式進行測量，比如核磁共振、吸收光譜和熒光光譜等.特別地，基于FRET的熒光光譜技術由于具有高靈敏度和出色的時空分辨率，在衡量細胞內pH值方面得到了廣泛的應用.

2012年德國埃默里大學Bao等[13]開發了一種pH探針，相比傳統由熒光染料構建的pH探針，這種探針具有很高的靈敏度和光穩定性，而且能夠檢測較寬范圍內的pH值（6.2～8.3）.2013年韓國忠南國立大學Seo等[14]首次將由聚二乙炔囊泡構建的FRET探針用于pH檢測.2013年印度特里普拉邦大學Hussain課題組[15]設計的探針能夠對3～12范圍內的pH值進行檢測，極大地拓展了FRET探針在廣譜pH測試中的應用.

1.5 在有機化合物檢測中的應用

2008年中國科學院Gao等[16]開發了一種檢測TNT的傳感器，將熒光染料和有機胺化合物通過共價鍵連接到二氧化硅納米粒子的表面，TNT可以通過FRET作用使熒光染料淬滅.該傳感器能夠靈敏地檢測溶液中低至1 nM的TNT，同時還具有熒光穩定和親和力強等優點.

2012年安徽師范大學Zhang等[17]為檢測溶液中的三聚氰胺，將帶負電的金納米粒子通過靜電作用吸附在摻雜量子點的二氧化硅納米微球表面，構成了一個FRET體系.當體系中存在三聚氰胺時，三聚氰胺中的氨基與金納米粒子共價結合，從而降低了量子點與金納米粒子之間的FRET效率，導致量子點熒光增強.相比量子點與金納米粒子組成的FRET傳感器（檢測限5.3 nM），這種體系的檢測限（0.9 nM）幾乎提高了50倍.

1.6 在蛋白質檢測中的應用

蛋白質的靈敏檢測在疾病早期診斷、治療以及藥物篩選等應用中至關重要[18].基于FRET的熒光傳感器已經成功地用于蛋白質檢測.2010年美國海軍實驗室生物分子研究中心Prasuhn等[19]利用修飾熒光染料的量子點，合成了基于FRET的能夠監測酶活性的傳感器，展示了其監測生物過程的巨大潛力.2012年華南理工大學Liu等[20]以量子點為能量受體，有機熒光染料為供體，構建了檢測人類甲胎蛋白的FRET傳感器，為癌癥的發現提供了一種有效的工具.

1.7 在生物成像中的應用

熒光成像是實時的、無創監測的、具備高時空分辨率的生物分子技術之一.熒光探針是非常重要的生物成像工具.基于FRET的熒光探針，由于不受探針濃度、探針環境和激發強度的干擾，在生物細胞和醫學診斷成像中發揮了巨大的作用[21]。美國加州大學Albers和Takakusa等[22-23]較為全面地綜述了FRET熒光探針在生物成像中的應用.2011年湖南大學Yuan等[24]構建了一種FRET熒光成像平臺，它主要由羅丹明B、氟硼熒和哌啶基組成.哌啶基連接的羅丹明B和氟硼熒能夠與細胞中的半胱氨酸相互作用，產生FRET效應，導致羅丹明B的熒光淬滅和氟硼熒的熒光增強，從而實現細胞成像.

2 基于NSET的納米傳感器

FRET是當前最活躍的研究領域之一，但是FRET存在著許多嚴重缺陷，比如供受體之間的空間距離較短和偶極-偶極空間相對取向的限制等.為了克服這些缺陷，人們提出了另外一種類似FRET的機制，即NSET.

2.1 NSET的機理

NSET是供體偶極電磁場與金屬導帶離域電子之間相互作用的過程.與FRET相比，NSET的獨特之處在于：①NSET有更大的有效作用距離，其能量轉移效率與距離的關系從FRET的1/R6變成1/R4（R為空間距離）[25]，使得NSET可以作為一種長距離測量的光譜尺；②NSET不需要供受體之間發生共振電子轉移；③NSET的能量受體是納米粒子表面，在幾何學上是各向同性的偶極向量分布，因而在NSET中相同的能量受體能同時淬滅不同發射的熒光供體，方便了在一個體系中同步進行多元淬滅分析.

2.2 在金屬離子檢測中的應用

2007年杰克遜州立大學Darbha等[26]報道了一種小型化的基于NSET的探針，能夠快速、靈敏地檢測土壤、水和魚等樣品中低至2 nM的Hg2+，在環境監測和食品安全中具有重大意義.2011年西弗吉尼亞大學Li等[27]構建了基于量子點-DNA-金納米粒子的Hg2+探針.由于Hg2+能夠與DNA堿基中的胸腺嘧啶（T）進行特異性結合，形成T-Hg-T配對，因此當溶液中存在Hg2+時，量子點和金納米粒子通過DNA雜交相互接近，從而發生能量轉移，引起量子點熒光強烈的淬滅.這種傳感器可以檢測河水中低至2 nM的Hg2+.2012年廈門大學Liu等[28]構建了一種基于NSET的Hg2+傳感器，這種傳感器也具有較低的檢測限（2.3 nM）.

2.3 在有機化合物檢測中的應用

2012年Pandya等[29]首次利用納米姜黃色素構建痕量TNT檢測的NSET傳感器.在這個傳感器中，缺電子TNT和富含π電子對的納米姜黃色素可以通過靜電作用形成NSET復合體，從而加速了它們之間的能量轉移，導致納米姜黃色素的熒光顯著增強；并且，檢測體系中的TNT含量越高，NSET復合體的熒光強度越強，提供了一種靈敏檢測環境中TNT的方法，豐富了有效檢測爆炸物的手段.

2013年美國加州大學Kikkeri等[30]報道了一種單步分析血清中唾液酸聚糖不同成分的熒光探針，結果表明，探針能夠檢測低至微摩爾范圍內的唾液酸聚糖，更重要的是它能夠對生物醫學樣品中唾液酸聚糖的不同組分進行高通量的分析與定量.

2.4 在闡釋分子構象變化中的應用

NSET是一種有效研究分子構象變化的光譜尺，它的應用有助于在宏觀上詳細地闡釋許多復雜生物分子的構象動力學.2006年美國佛羅里達州立大學Jennings等[31]發現NSET可以用于追蹤RNA核酶的構象變化，在該實驗中，RNA構象的4種獨立狀態可以從實時熒光信號上進行分辨.2008年印度科學培養協會Sen等[32]通過NSET將金納米粒子用于蛋白質的構象變化研究，結果顯示金納米粒子淬滅色氨酸熒光主要是通過靜態淬滅過程實現的.

2.5 在醫學診斷中的應用

NSET在醫學診斷中的應用主要是通過檢測生物標志物和病毒等物質實現的.生物標志物是生理或疾病進程中某一階段的“分子特征”.靈敏、準確地檢測生物標志物，有助于疾病診斷、疾病進展的監控以及治療效果的評估[33].2008年美國杰克遜州立大學Ray等[34]提出了一種基于NSET通過RNA選擇性檢測丙型肝炎病毒的方法.NSET也被用于構建B型肝炎病毒探針[35].2013年廈門大學Liu等[36]展示了一種基于熒光染料（RBITC）和金納米粒子（AuNPS）的前列腺抗原探針，該探針具有許多優異性能如較高的靈敏性（檢測限為0.032 pg/mL）、高生物親和性及穩定性等.

3 基于CRET的納米傳感器

FRET和NSET在生物、環境和化學等領域中具有廣闊的發展空間和應用前景.然而，任何熒光技術都有其自身難以避免的缺陷，比如染料的熒光漂白、易受生物系統自體熒光的干擾、供受體需要外部同步激發等[37].這些缺陷嚴重地限制了FRET和NSET的應用范圍.在這種背景下，CRET由于無需外部激發，引起了人們越來越多的關注.

3.1 CRET的機理

CRET是熒光供體通過偶極與偶極之間的相互作用將能量傳遞至受體的過程[38].與FRET和NSET相比，CRET也是一種發生在短距離內的非輻射能量轉移過程，供受體之間的空間距離和波譜重疊程度對CRET的能量轉移效率有著顯著的影響.但是CRET的熒光來自底物的光化學反應，這極大地降低了對外部激發的依賴.

3.2 在生物分子（DNA、ATP和蛋白質）檢測中的應用

CRET檢測平臺在生物樣品分析中的應用具有廣闊的前景.2009年青島科技大學Zhang等[39]報道了一種基于CRET和DNA分子信標的ATP三磷酸腺苷探針，展示了其較好的選擇性和較低的檢測限（110 nM）. 2011年以色列耶路撒冷希伯來大學Willner等[40]構建基于量子點、熒光胺和G-四鏈體DNA（富含鳥嘌呤G的DNA）的CRET傳感器，并在DNA和ATP檢測方面發揮了重要的作用.當向檢測體系加入血紅素和特異性適體底物（如DNA）時，連接在量子點表面的DNA能夠折疊成量子點-血紅素-G四鏈體復合結構.這種復合結構能夠在熒光胺和雙氧水緩沖溶液中產生CRET作用，導致熒光胺熒光降低和量子點熒光增強，從而實現對DNA的比率檢測.更值得關注的是，通過改變G四鏈體DNA序列，同樣的方法便可以用于檢測ATP.

基于CRET的熒光探針也被用于蛋白質檢測. 2011年同濟大學Huang等[41]以金納米粒子作為能量受體，開發了基于CRET的α-甲胎蛋白探針，實現了對血清中低至2.5 ng/mL的α-甲胎蛋白的靈敏檢測. 2012年青島科技大學Bi等[42]也報道了一種基于氧化石墨烯的CRET傳感器，這種傳感器能通過CRET高選擇性和靈敏地檢測DNA（H1V1）和蛋白質（凝血酶）.

3.3 在金屬離子檢測中的應用

2011年以色列耶路撒冷希伯來大學Freeman等[43]展示了一種基于化學發光的Hg2+探針，該探針主要包括量子點和核酸DNA.其中，DNA分別由富含鳥嘌呤（G）的辣根過氧化物酶亞基（I和II）和用于Hg2+識別的胸腺嘧啶（T）位點（III和IV）構成.探針體系中沒有Hg2+時，盡管III和IV亞基含有部分互補序列，I和II亞基也不能組裝成穩定的G-四鏈體結構.隨著Hg2+的加入，III和IV部分亞基可以形成T-Hg-T配對，從而使I和II之間形成的血紅素/G-四鏈體結構更加穩定.這種穩定的結構能夠促進H2O2和熒光胺的氧化，產生化學熒光，最終通過CRET作用使連接在DNA上的量子點熒光增強.相比上文提到的基于NSET的Hg2+探針[27]，這種探針的檢測限也是nM級別，但是它無需外部能量激發，因而使檢測過程更加快速.

2012年廣西師范大學Qin等[44]描述了一種檢測Ag+的方法，該法基于化學發光與熒光三元復合物（熒光素、菲羅啉和銀離子）之間形成的化學熒光共振能量轉移，可以靈敏地檢測水中50 nM的Ag+.

3.4 在免疫分析中的應用

CRET已被廣泛的用于免疫分析.2011年廣西師范大學Zhao等[45]將CRET引入免疫反應中，提高了微流體免疫檢測的靈敏度.2012年Zhao等[46]設計了一種基于CRET的傳感器，用于人類免疫球蛋白G（IgG）分析.用標記三羊抗體免疫球蛋白G的辣根過氧化物酶修飾磁性納米微球，然后將磁性納米微球與標記IgG的異硫氰酸熒光素（FITC）孵育，從而獲得FITC-抗原-抗體-磁性納米微球免疫復合物.當向體系中加入化學熒光緩沖溶液（包含熒光胺和雙氧水），能量就會立刻從熒光胺傳遞至磁性納米微球表面的FITC，由于CRET作用，FITC 525 nm處的熒光顯著增強.這種方法可以超靈敏檢測血清中2.9×10-11M的IgG.

基于石墨烯納米片和化學發光供體的CRET方法也被用于C反應蛋白（CRP）的均相免疫分析[47].當傳感器中存在CRP時，修飾特異性抗體的石墨烯納米片可以通過CRP與標記辣根過氧化物酶（HRP）的抗體相連，從而構成了一個緊密的三元復合體.復合體中的HRP能夠催化石墨烯周邊的熒光胺產生熒光，并通過CRET作用使石墨烯的熒光增強.這種方法為其他抗原-抗體免疫蛋白的檢測提供了新的思路.

4 結束語

基于能量轉移（FRET、NSET和CRET）的熒光納米傳感器設計及其在基礎理論和實際中的應用是近年來生物化學研究的熱點.目前，這些傳感器已經為高靈敏、快速、低成本的生物檢測、環境監測、疾病診斷、細胞成像、化合物分析和分子相互作用機制研究等提供了強大的工具.然而，它們在實際中的應用仍然處于萌芽時期，并且由于受到許多因素的影響，如外源物質的細胞毒性、生物的自體熒光、染料的熒光漂白、外源性酶的干擾以及復雜的生物環境等，使得用于生物體的高靈敏性和特異性的熒光納米傳感器的開發面臨嚴峻的挑戰.因此，還需要對能量轉移機制進行深入的探究.相信在不久的將來，這些傳感器將在生物標志物發現、疾病早期檢測與診斷、生物成像和體內藥物輸送等生物、化學領域作出更大的貢獻.

[1]FREEMAN R，WILLNER B，WILLNER I.Integrated biomolecule-quantum dot hybrid systems for bioanalytical applications [J].The Journal of Physical Chemistry Letters，2011，20（2）：2667-2677.

[2]YUAN L，LIN W，ZHENG K，et al.FRET-based small-molecule fluorescent probes：Rational design and bioimaging applications[J].Accounts of chemical research，2013，46（7）：1462-1473.

[3]MEDINTZ I L，BERTI L，PONS T，et al.A reactive peptidic linker for self-assembling hybrid quantum dot-DNA bioconjugates[J].Nano Lett，2007，7（6）：1741-1748.

[4]ALGAR W R，KRULL U J.Toward a multiplexed solid-phase nucleic acid hybridization assay using quantum dots as donors in fluorescence resonance energy transfer[J].Anal Chem，2009，81（15）：6562-6562.

[5]PENG H，ZHANG L，KJLLMAN T H，et al.DNA hybridization detection with blue luminescent quantum dots and dye-labeled single-stranded DNA[J].J Am Chem Soc，2007，129（11）：3048-3049.

[6]SHANG G Q，GAO X，CHEN M X，et al.A novel Hg2+selective ratiometric fluorescent chemodosimeter based on an intramolecular FRET mechanism[J].J Fluoresc，2008，18（6）：1187-1192.

[7]LIU B Y，ZENG F，WU G F，et al.Nanoparticles as scaffolds for FRET-based ratiometric detection of mercury ions in water with QDs as donors[J].Analyst，2012，137（16）：3717-3724.

[8]WANG X，GUO X.Ultrasensitive Pb（2+）detection based on fluorescence resonance energy transfer（FRET）between quantum dots and gold nanoparticles[J].Analyst，2009，134（7）：1348-1354.

[9]MA B，WU S，ZENG F，et al.Nanosized diblock copolymer micelles as a scaffold for constructing a ratiometric fluorescent sensor for metal ion detection in aqueous media[J].Nanotechnology，2010，21（19）：195501.

[10]XUE M，WANG X，WANG H，et al.Hydrogen bond breakage by fluoride anions in a simple CdTe quantum dot/gold nanoparticle FRET system and its analytical application[J].Chem Commun，2011，47（17）：4986-4988.

[11]YUAN L，LIN W Y，CHEN B，et al.Development of FRET-based ratiometric fluorescent Cu2+chemodosimeters and the applications for living cell imaging[J].Org Lett，2012，14（2）：432-435.

[12]HAN Z X，ZHANG X B，ZHUO L，et al.Efficient fluorescence resonance energy transfer-based ratiometric fluorescent cellular imaging probe for Zn2+using a rhodamine spirolactam as a trigger[J].Anal Chem，2010，82（8）：3108-3113.

[13]DENNIS A M，RHEE W J，SOTTO D，et al.Quantum dotfluorescent protein FRET probes for sensing intracellular pH [J].Acs Nano，2012，6（4）：2917-2924.

[14]SEO S，KIM D，JANG G，et al.Fluorescence resonance energy transfer between polydiacetylene vesicles and embedded benzoxazole molecules for pH sensing[J].React Funct Polym，2013，73（3）：451-456.

[15]DEY D，BHATTACHARJEE D，CHAKRABORTY S，et al. Effect of nanoclay laponite and pH on the energy transfer between fluorescent dyes[J].J Photochem Photobiol A，2013，252：174-182.

[16]GAO D M，WANG Z Y，LIU B H，et al.Resonance energy transfer-amplifying fluorescence quenching at the surface of silica nanoparticles toward ultrasensitive detection of TNT[J]. Anal Chem，2008，80（22）：8545-8553.

[17]GAO F，YE Q Q，CUI P，et al.Efficient fluorescence energy transfer system between CdTe-doped silica nanoparticles and gold nanoparticles for turn-on fluorescence detection of melamine[J].J Agr Food Chem，2012，60（18）：4550-4558.

[18]LEE S，KIM S，CHOO J，et al.Biological imaging of HEK293 cells expressing PLCγ1 using surface-enhanced Raman microscopy[J].Anal Chem，2007，79（3）：916-922.

[19]PRASUHN D E，FELTZ A，BLANCO-CANOSA J B，et al. Quantum dot peptide biosensors for monitoring caspase 3 proteolysis and calcium ions[J].Acs Nano，2010，4（9）：5487-5497.

[20]CHEN M J，WU Y S，LIN G F，et al.Quantum-dot-based homogeneous time-resolved fluoroimmunoassay of alpha-fetoprotein[J].Anal Chim Acta，2012，741：101-105.

[21]DUONG T Q，KIM J S.Fluoro-and chromogenic chemodosimeters for heavy metal ion detection in solution and biospecimens [J].Chem Rev，2010，110（10）：6280-6301.

[22]ALBERS A E，OKREGLAK V S，CHANG C J.A FRET-based approach to ratiometric fluorescence detection of hydro－gen peroxide[J].J Am Chem Soc，2006，128（30）：9640-9641.

[23]TAKAKUSA H，KIKUCHI K，URANO Y，et al.A novel design method of ratiometric fluorescent probes based on fluorescence resonance energy transfer switching by spectral overlap integral[J].Chem-Eur J，2003，9（7）：1479-1485.

[24]LONG L L，LIN W Y，CHEN B B，et al.Construction of a FRET-based ratiometric fluorescent thiol probe[J].Chem Commun，2011，47（3）：893-895.

[25]JENNINGS T，SINGH M，STROUSE G.Fluorescent lifetime quenching near d=1.5 nm gold nanoparticles：Probing NSET validity[J].J Am Chem Soc，2006，128（16）：5462-5467.

[26]DARBHA G K，RAY A，RAY P C.Gold nanoparticle-based miniaturized nanomaterial surface energy transfer probe for rapid and ultrasensitive detection of mercury in soil，water，and fish[J].Acs Nano，2007，1（3）：208-214.

[27]LI M，WANG Q，SHI X，et al.Detection of mercury（II）by quantum dot/DNA/gold nanoparticle ensemble based nanosensor via nanometal surface energy transfer[J].Anal Chem，2011，83（18）：7061-7065.

[28]LIU D，WANG S，SWIERCZEWSKA M，et al.Highly robust，recyclable displacement assay for mercuric ions in aqueous solutions and living cells[J].Acs Nano，2012，6（12）：10999-11008.

[29]PANDYA A，GOSWAMI H，LODHA A，et al.A novel nanoaggregation detection technique of TNT using selective and ultrasensitive nanocurcumin as a probe[J].Analyst，2012，137（8）：1771-1774.

[30]KIKKERI R，PADLER-KARAVANI V，DIAZ S，et al.Quantum dot nanometal surface energy transfer based biosensing of sialic acid compositions and linkages in biological samples[J]. Anal Chem，2013，85（8）：3864-3870.

[31]JENNINGS T L，SCHLATTERER J C，SINGH M P，et al. NSET molecular beacon analysis of hammerhead RNA substrate binding and catalysis[J].Nano Lett，2006，6（7）：1318-1324.

[32]SEN T，HALDAR K K，PATRA A.Au nanoparticle-based surface energy transfer probe for conformational changes of BSA protein[J].J Phys Chem C，2008，112（46）：17945-17951. [33]SWIERCZEWSKA M，LIU G，LEE S，et al.High-sensitivity nanosensors for biomarker detection[J].Chem Soc Rev，2012，41（7）：2641-2655.

[34]GRIFFIN J，SINGH A K，SENAPATI D，et al.Size-and distance-dependent nanoparticle surface-energy transfer（NSET）method for selective sensing of hepatitis C virus RNA[J]. Chem-Eur J，2009，15（2）：342-351.

[35]DRAZ M S，FANG B A，LI L，et al.Hybrid nanocluster plasmonic resonator for immunological detection of hepatitis B Virus[J].Acs Nano，2012，6（9）：7634-7643.

[36]LIU D，HUANG X，WANG Z，et al.Gold nanoparticle-based activatable probe for sensing ultra-low levels of prostate specific antigen[J].ACS Nano，2013，7（6）：5568-5576.

[37]CIRUELA F.Fluorescence-based methods in the study of protein-protein interactions in living cells[J].Curr Opin Biotechnol，2008，19（4）：338-343.

[38]HUANG X，LI L，QIAN H，et al.A resonance energy transfer between chemiluminescent donors and luminescent quantumdots as acceptors（CRET）[J].Angewandte Chemie，2006，118（31）：5264-5267.

[39]ZHANG S S，YAN Y M，BI S.Design of molecular beacons as signaling probes for adenosine triphosphate detection in cancer cells based on chemiluminescence resonance energy transfer [J].Anal Chem，2009，81（21）：8695-8701.

[40]FREEMAN R，LIU X Q，WILLNER I.Chemiluminescent and chemiluminescence resonance energy transfer（CRET）detection of DNA，metal ions，and aptamer-substrate complexes using hemin/G-quadruplexes and CdSe/ZnS quantum dots[J].J Am Chem Soc，2011，133（30）：11597-11604.

[41]HUANG X Y，REN J C.Gold nanoparticles based chemiluminescent resonance energy transfer for immunoassay of alpha fetoprotein cancer marker[J].Anal Chim Acta，2011，686（1/2）：115-120.

[42]BI S，ZHAO T T，LUO B Y.A graphene oxide platform for the assay of biomolecules based on chemiluminescence resonance energy transfer[J].Chem Commun，2012，48（1）：106-108.

[43]FREEMAN R，LIU X，WILLNER I.Chemiluminescent and chemiluminescence resonance energy transfer（CRET）detection of DNA，metal ions，and aptamer-substrate complexes using hemin/G-quadruplexes and CdSe/ZnS quantum dots[J].J Am Chem Soc，2011，133（30）：11597-11604.

[44]ZHAO S，QIN G，HUANG Y，et al.Nonenzymatic chemiluminescence resonance energy transfer：An efficient technique for selective and sensitive detection of silver ion[J].Analytical Methods，2012，4（7）：1927-1931.

[45]ZHAO S，LIU J，HUANG Y，et al.Introducing chemiluminescence resonance energy transfer into immunoassay in a microfluidic format for an improved assay sensitivity[J].Chem Commun，2011，48（5）：699-701.

[46]QIN G，ZHAO S，HUANG Y，et al.Magnetic bead-sensingplatform-based chemiluminescence resonance energy transfer and its immunoassay application[J].Anal Chem，2012，84（6）：2708-2712.

[47]LEE J S，JOUNG H A，KIM M G，et al.Graphene-based chemiluminescence resonance energy transfer for homogeneous immunoassay[J].Acs Nano，2012，6（4）：2978-2983.

Recent advances in fluorescent nanosensors based on energy transfer

TIAN Li，HAN Xin，ZHANG Ji-mei
（School of Environment and Chemical Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

The latest researches of three common spectroscopic techniques in fluorescent nanosensor which include fluorescence resonance energy transfer（FRET），nanomaterials surface energy transfer（NSET）and chemical fluorescence resonance energy transfer（CRET）are reviewed from the arpects of nucleic acid analysis，cell imaging，environmental monitoring，researches of biometric processes and so on.Finally，a tentative outlook on future developments of biomarker discovery，disease detection and diagnosis，biological imaging，drug delivery in biological and chemical field is given.

fluorescent nanosensor；FRET；NSET；CRET

TB383

A

1671-024X（2013）06-0049-06

2013-07-11

國家自然科學基金資助項目（21106101）；天津市自然科學基金資助項目（12JCZDJC29500，13JCQNJC06300）

田力（1988—），男，碩士研究生

張紀梅（1958—），女，博士，教授，碩士生導師.E-mail：zhangjimei6d311@163.com