金纳米颗粒（AuNPs）因其卓越的物理化学性质（如高消光系数、良好的生物相容性、尺寸依赖的颜色变化和高效的荧光猝灭能力），在生物传感、细胞成像、药物递送和疾病治疗等领域得到了广泛应用。自1996年Mirkin实验室通过Au-S键将硫醇化DNA功能化到AuNPs表面以来，Au-S键被广泛应用于AuNPs的生物偶联。然而，Au-S键在生理环境中容易被生物硫醇（如半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽）置换，导致检测信号失真，限制了其在实际应用中的可靠性和准确性。
近日，湖南师范大学熊二虎教授课题组在纳米探针构建领域取得重要突破。该团队创新性地利用乙炔基（-C≡C-）与金原子之间的强共价作用（Au-C≡C键），开发了一种快速、稳健且操作简便的肽链纳米金探针构建新方法。与传统Au-S键肽链探针相比，这种基于Au-C≡C键的纳米探针展现出显著的优势：不仅具有优异的生物硫醇抗干扰能力，而且在高盐环境、宽pH范围和高温条件下均能保持良好稳定性，其稳定性与金硒（Au-Se）键肽链纳米金探针相当。但是，该探针在抗氧化性能、肽链修饰成本和组装效率等方面均显著优于Au-Se键探针。 为深入阐明Au-C≡C共轭的分子机制，作者采用分子动力学模拟结合X射线光电子能谱（XPS）技术进行了系统研究。分子动力学模拟揭示了肽链与纳米金表面的动态相互作用过程，而XPS分析则从电子结构层面证实了Au-C≡C共轭键的形成。研究进一步探讨了肽链的电荷特性、链长、氨基酸序列、亲疏水性以及炔基修饰等关键参数对组装过程的影响机制。结果表明，肽链的亲水性、负电荷特性以及炔基修饰是成功构建金炔肽链生物探针的必要条件，其中亲水性确保了肽链在溶液中的良好分散性，负电荷提供了静电稳定作用，而炔基则直接参与Au-C≡C共轭键的形成。值得注意的是，肽链的氨基酸序列和长度对探针组装效率无明显影响，这一发现为探针设计提供了更大的灵活性。 最后，作者研究系统评估了Au-C≡C肽链纳米金探针在肿瘤细胞成像中的信号保真度。研究结果表明，该探针具有优异的抗硫醇干扰性能，细胞内的多种生物硫醇（如谷胱甘肽、半胱氨酸等）均不会对金炔肽链探针的信号输出产生显著干扰。只有当Caspase-3特异性切割纳米金表面的肽链探针时，才能产生显著的成像信号。这种独特的响应机制不仅有效避免了细胞内复杂环境的干扰，而且显著提高了检测信号的保真度和特异性，为肿瘤细胞的精准成像提供了可靠的工具。 综上所述，本研究提出的策略具有重要的科学意义和应用价值：一方面，创新性地开辟了肽链纳米金生物探针的构建新途径；另一方面，从根本上解决了传统巯基肽链探针因生物硫醇干扰而导致稳定性不足的这一长期技术难题。该探针优异的稳定性和可靠性使其在多个生物医学领域展现出广阔的应用前景，包括但不限于精准临床诊断、高分辨细胞成像、靶向药物递送以及基础生物医学研究等，为相关领域的发展提供了强有力的技术支撑。 论文信息 Robust Peptide-Functionalized Gold Nanoparticles via Ethynyl Bonding for High-Fidelity Bioanalytical Applications Jinlian Du, Haili Xu, Xinyue Zhu, Keyu Long, Jiaqi Lang, Dr. Ling Jiang, Erhu Xiong, Prof. Juewen Liu, Prof. Ronghua Yang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424351
