背景介绍：金属纳米颗粒自组装制备体纳米间隙天线采用的是被动的“目标物激活”设计，探针在到达细胞内期望位置前（在细胞传递和摄取过程中）遇到目标物时容易被提早激活，导致检测精准度低而造成假阳性信号。因此，以可控的传感方式构建等离子体纳米间隙天线用于多路相关分子成像仍然面临巨大的挑战。

针对这一问题，青岛科技大学徐升豪、罗细亮教授课题组在前期功能纳米探针合成和时空可控精准分子成像研究的工作基础上（Anal. Chem. 2022, 94, 5399-5405; Anal. Chem. 2022, 94, 14467-14474; Anal. Chem. 2021, 93, 12329-12336; Anal. Chem. 2021, 93, 2480-2489; Anal. Chem. 2022, 94, 12546-12551; Anal. Chem. 2020, 92, 15169-15178），基于双锁-钥匙的“AND”逻辑门设计，构建了一种基于金纳米双锥体（Au NBPs）二聚体的等离子体纳米间隙天线，实现了两种低丰度疾病标志物（APE1酶和miRNA-21）的高灵敏精准成像。

    图1 等离子体纳米间隙天线的工作原理示意图及透射电镜图。图片来源：Anal. Chem.

如图1所示，由Cy5.5和BHQ-3标记的H1和AP位点标记的短链杂交形成的DNA发夹PH1通过Au–S键修饰到金纳米双锥体尖端。此时，由于Cy5.5和BHQ-3之间的荧光共振能量转移，荧光处于“OFF”状态。当无嘌呤/无嘧啶核酸内切酶1（APE1）和目标物miRNA-21同时存在时，会与H2修饰的另一个Au-NBPs杂交从而形成等离子体纳米间隙天线，中间“热点”区域的强电磁场可以显著增强的Cy5.5荧光。同时，被替换的miRNA-21用于催化下一个组装以进一步扩增信号。这样，以细胞内内源性的APE1和miRNA-21作为两个输入，自组装形成了基于Au-NBP二聚体的等离子体纳米间隙天线，从而实现了两种低丰度疾病标志物（APE1酶和miRNA-21）的高灵敏精准成像。

 图2 “AND”逻辑门介导的荧光恢复可行性的验证。图片来源：Anal. Chem.

     图3 “AND”逻辑门介导的等离子体纳米间隙天线形成的可行性的验证。图片来源：Anal. Chem.

我们通过设计实验证实了“AND”逻辑门设计可行性。如图2和图3所示，只有当APE1酶和miRNA-21两个输入同时存在时，才会产生红色荧光输出，也才会形成等离子体纳米间隙天线，二者缺一不可。此外，改设计的可行性也通过细胞内多路相关分子成像得到进一步验证（图4所示）

  图4 “AND”逻辑门设计在细胞内的可行性验证。 图片来源：Anal. Chem.

得益于等离子体纳米间隙天线内“热点”强电磁场的荧光增强作用，Cy5.5的荧光强度可以增强约14.7倍，极大的降低了APE1酶和miRNA-21的检出限，显示了其在超灵敏的生物分析应用中的巨大前景（图5）。

 图5等离子体纳米间隙天线荧光增强结果。图片来源：Anal. Chem.

该研究成果近期发表在Analytical Chemistry上，文章的第一作者是2020级硕士研究生陈静，通讯作者是徐升豪副教授和罗细亮教授。该研究得到国家自然科学基金（21505081、21974075）、山东省省属优青（ZR2019YQ13）、山东省高校优秀青年创新团队项目（2019KJC007）和山东省泰山学者建设专项基金（ts20110829）的资助支持。    

论文信息：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.2c04051

Jing Chen, Dan Li, Tingting Zhao, Junhao Wang, Jiaheng Shi, Shuwei Chen, Yue Yin, Shenghao Xu* and Xiliang Luo*, DNA Computation-Modulated Self-Assembly of Stimuli-Responsive Plasmonic Nanogap Antennas for Correlated Multiplexed Molecular Imaging, Anal. Chem., 2022, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c04051