纳米流式检测技术的研发、应用及前景

吴丽娜，薛乘风，田 野，洪歆怡，章苗苗，颜晓梅

(厦门大学化学化工学院,谱学分析与仪器教育部重点实验室,福建省化学生物学重点实验室,福建 厦门 361005)

纳米颗粒无处不在，对细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)、病毒、细菌、亚细胞器等天然生物纳米颗粒和纳米药物、量子点等人工合成的功能性纳米颗粒的物理和生物化学性状在单颗粒水平进行快速的多参数综合表征，对于推动基础生命科学研究、生物医药和纳米科技的发展具有重要的意义.然而，纳米颗粒尺度微小且单个颗粒携载的功能分子数量有限，这使得单个纳米颗粒的多参数定量表征极具挑战性.2010年Science杂志发表述评指出：表征技术的匮乏已严重阻碍纳米医药的发展，纳米颗粒的表征是纳米医药面临的最大挑战[1].纳米颗粒具有高度的异质性和多样性，而动态光散射、排阻色谱等常规的体相分析方法只能够揭示纳米颗粒各项参数的平均水平，掩盖了颗粒间的个体差异.因此，发展具有高灵敏度、高通量和多参数检测功能的单颗粒分析技术，对揭示纳米颗粒的异质性、实现对纳米颗粒的各种属性进行关联分析具有十分重要的意义.相较于众多单颗粒分析技术，如电子显微镜[2]、荧光显微镜[3]、原子力显微镜[4]和表面等离子共振显微镜[5]，流式细胞术(flow cytometry,FCM)是一种对悬液中的单个细胞或微米级的颗粒进行快速、多参数定量分析的先进技术，具有统计精确性高和实用性强等优点.

然而，传统的商品化流式细胞仪是为细胞检测而设计的，其散射和荧光检测灵敏度均难以满足纳米颗粒(粒径<100 nm)的单颗粒水平表征的需求.如果能大幅度提升传统流式细胞仪的检测灵敏度，纳米颗粒的检测将具有FCM的快速、多参数、定量、天然状态悬液检测等优势.结合瑞利散射和鞘流单分子荧光检测技术，本课题组成功研发出具有自主知识产权的纳米流式检测技术(nano-flow cytometry,nFCM)，在国际上首次实现了发光能力低于单分子荧光的单个纳米颗粒散射信号的直接检测，将EVs、病毒、SiO2纳米颗粒(silica nanoparticles,SiNPs)、纳米金的单颗粒检测下限分别推进到40，27，24和7 nm.如图1所示，nFCM覆盖了传统流式细胞仪200 nm以下的粒径检测盲区，这在基础生命科学研究、生物医药、纳米科技、食品安全、环境监测等领域具有重要的应用前景.本文主要综述nFCM在单个纳米颗粒(包括EVs、病毒、细菌、亚细胞器、纳米药物、量子点等)分析方面所取得的重要进展，并阐明nFCM的检测原理和应用前景.