單細胞內的熒光分析和成像能夠為了解細胞功能、疾病機理、細胞與藥物的相互作用等提供豐富的信息。由于細胞內待測物質的含量非常低，往往需要對熒光信號進行放大或增強。等離子增強熒光（Plasmon-enhanced fluorescence, PEF）或金屬增強熒光（Metal-enhanced fluorescence, MEF）能夠有效地增強金屬表面或納米顆粒附近的熒光強度，從而提高熒光傳感的靈敏度或成像質量。然而，由于PEF的有效增強距離通常小于100 nm，而細胞的尺寸在微米級別，因此PEF只能增強細胞膜附近的熒光分子，無法提高細胞內的分析靈敏度和成像質量。為了解決這個問題，清華大學陸躍翔助理教授與陳靖教授課題組發展了一種基于納米內窺鏡的熒光增強模式，有望用于單細胞內的熒光高靈敏檢測。
在前期工作中，清華大學的研究團隊制備了具有顯著熒光增強效應的多孔金納米線。通過調節納米線上孔徑的尺寸可以有效地調節納米線的等離子體共振峰的波長，使其與熒光染料Cy5的發射峰匹配。同時，納米線上均勻分布的孔道可以提高納米線表面“熱點”的密度，從而實現熒光增強效應的顯著提高。研究發現，在單根多孔金納米線上，Cy5分子的熒光強度最大可以增強62倍，比光滑金納米線表面的熒光強度提高了8倍，是目前報道的在單根納米線上獲得的最高熒光增強倍數。相比于光滑金納米線，多孔金納米線的熒光背景顯著降低，有利于提高檢測的信噪比（Chemical Communications, 2016, 52, 1808-1811. Back cover）。
隨后，研究團隊通過將這種具有顯著熒光增強效應的單根多孔金納米線組裝到鎢針針尖上，構建了具有熒光增強效應的納米內窺鏡。這種納米內窺鏡長度為15微米，直徑為250納米，可以在光學顯微鏡下通過三維操作平臺進行精確的操控和移動。研究人員以溶菌酶為檢測對象，將納米內窺鏡插入到微小液滴中，實現了微米深度溶菌酶的高靈敏檢測，空間分布率達到亞微米級。與基于光滑金納米線的納米內窺鏡相比，檢測靈敏度提高了23倍。
這種基于單根多孔金納米線的納米內窺鏡具有多種優勢，使其有希望用于單細胞內部高時空分辨的熒光分析和成像：納米線為具有較小直徑的圓柱體，并具有良好的生物相容性，可以降低對細胞的損傷；納米線上的熒光增強效應可以提高檢測靈敏度；金表面易于修飾，可以發展多種檢測體系用于不同物質的檢測。該研究成果近期發表在Analytical Chemistry 上，該工作得到了國家自然科學基金的大力支持。
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