提出一种外泌体检测新方法，通过将表面增强拉曼散射（SERS）纳米探针固定在核酸适体（DNA）功能化水凝胶中，实现对肿瘤源性外泌体的高灵敏度光学检测。SERS纳米探针被用于识别肿瘤源性外泌体并产生指纹光学信号。SERS活性DNA功能化水凝胶（简称“SD水凝胶”）作为传感器，不仅提供了用于生物识别的三维反应位点，而且可放大SERS纳米探针的光学信号。选择性地与靶外泌体结合后，SERS纳米探针脱离SD水凝胶，导致SERS信号减弱，从而实现光学检测。通过SERS信号变化，SD水凝胶可以定量、灵敏地检测肿瘤源性外泌体，浓度检测限（LOD）约为22 μL^-1。该SD水凝胶将为临床癌症诊断提供一种新的技术手段。

贵金属纳米探针及其聚合体以优异的光热转换效率、良好的生物相容性及灵活可调的光学吸收峰位受到了光热治疗领域研究人员的广泛关注。本文通过有限元仿真定量演示了贵金属纳米探针聚集诱导的非线性光学及光热效应，系统地讨论了纳米颗粒的材质、尺寸、排列方式、聚集程度等因素对纳米探针光热转换效率的影响，并对局域表面等离子体共振耦合效应产生的非线性光场以及光热增强效应及其机制进行了深入定量分析。

构建高转化效率的功能纳米探针是推动光声分子成像发展的关键。随着光声分子成像技术的发展, 具有非线性增强光声转换效率的自组装纳米探针逐渐成为研究热点, 然而有关其非线性增强的定量研究尚未见报道。本文以纳米金球为例, 利用有限元仿真定量探究金属纳米探针自组装诱导的非线性光热及光声效应, 揭示自组装纳米探针光声效应增强规律, 为构建具备高转换效率的光声自组装纳米探针奠定了理论基础。

为了实现光动力治疗过程中单线态氧的检测, 设计了一种水溶性良好的单线态氧纳米探针。首先利用再沉淀法将1,3二苯基异苯并呋喃(DPBF)封装于纳米颗粒中, 然后对纳米探针进行透射电镜、动态光散射粒径和吸收光谱表征, 表明纳米颗粒具有良好的分散性, 粒径约为200 nm, 在426 nm左右具有DPBF的特征吸收峰, 最后选择吲哚菁绿(ICG)作为光敏剂, 利用纳米探针的吸收峰变化检测单线态氧的产生。结果表明该纳米探针对单线态氧具有高灵敏度, 在光动力治疗过程中单线态氧的检测方面具有良好的应用价值。

提出一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学纳米探针。首先, 通过再沉淀-包覆法合成二氧化硅包覆香豆素6的纳米颗粒, 再在二氧化硅表面静电吸附多聚赖氨酸分子形成包覆层, 随后通过原位还原的方法在多聚赖氨酸壳层复合银纳米颗粒, 最后在银纳米颗粒表面吸附拉曼分子即形成双模式纳米探针。该探针通过二氧化硅包覆的荧光分子产生荧光信号, 以多聚赖氨酸表面的银纳米颗粒作为SERS增强基底, 利用拉曼分子获得SERS信号, 实现了荧光及SERS 双模式成像。荧光与表面增强拉曼散射相结合的双模式分析技术可同时发挥二者的优点, 提高成像的分辨率和灵敏度, 在生物医学领域具有重要的应用价值。

将柠檬酸置于单乙醇胺中, 通过简单加热实现快速、大规模的合成氮掺杂荧光碳点。所得氮掺杂碳量子点被370 nm 的光激发后在458 nm 处有较强的荧光发射, 最大吸收波长为365.085 nm。脱氧核糖核苷酸能增强该碳量子点的荧光且具有相关线性关系, 因而制备了氮掺杂碳点与脱氧核糖核苷酸的杂交纳米复合物(纳米探针), 并首次用于检测鱼精蛋白。在实验条件最佳情况下, 该方法简便、选择性好, 该分析方法的线性检测范围为1~10 μg·mL-1, 检出限可达0.61 μg·mL-1。

核酸是携带遗传信息的物质, 既存在于自然界中也能够通过成熟技术人工合成。通过体外筛选技术还可以筛选出具有特殊功能的核酸序列, 例如核酸适体和脱氧核酶。核酸通过沃森-克里克碱基互补配对原则进行杂交, 具有很强的专一性。无论是通过序列设计还是体外筛选, 核酸探针在生物标志物的分析与成像应用方面都发挥着重要作用。纳米材料辅助构建核酸功能化纳米探针, 可以保护负载的核酸探针不被核酸酶降解, 并且无需转染试剂就能进入细胞, 在细胞荧光成像应用上具有很大优势。为解决细胞内有些生物标志物含量低、难于检测的问题, 目前已构建多种适用于细胞水平的成像信号放大方法来实现对低丰度生物标志物的高灵敏成像。本文主要综述了核酸功能化纳米探针在细胞荧光成像中的应用进展, 包括反义寡核苷酸功能化纳米探针、核酸适体功能化纳米探针、脱氧核酶功能化纳米探针等, 同时介绍了他们在成像信号放大中的应用。

构建高转换效率的纳米探针是推动光声(PA)分子成像发展的关键。传统光声探针的设计思路是使探针在组织光学窗口波段的光吸收系数最大化，而对探针的光声转换性质的研究却未得到足够重视。以金纳米球为例，讨论了在热膨胀机制介导的光声效应中纳米探针的微观光声转换机制，使理性设计高转换效率探针成为可能。通过理论分析和有限元分析发现，由于小尺寸效应，纳米探针不再满足热禁闭条件，在激光脉冲范围内即有热量从球体向周围介质扩散，从而使得纳米探针本身及其周围介质的热膨胀对光声信号均有贡献。

针对病原体快速且高灵敏度和特异性检测的需求，将磁免疫技术与三磷酸腺苷(ATP)生物发光原理结合，提出一种新的致病菌检测方法。首先，采用磁性纳米粒子与特异性抗体结合制备免疫磁性纳米探针，特异性捕获目标物。然后，采用ATP生物发光技术对捕获的病原体裂解并检测，根据光强测量目标物浓度。以大肠杆菌（O157H7）作为检测对象，在细菌浓度为10~108 CFU/mL（CFU为菌落形成单位）范围内，该方法与传统培养法线性相关系数为0.943，总测试时间为2 h。对样品重复测量12次，精密度达到4.88%，具有较好的重复性。