1.3　FRET能量供受体

在FRET体系中，理想的能量供受体一般应满足以下几个要求：①能量供体的激发光谱与能量受体的激发光谱有一定的距离；②能量供体的发射光谱与能量受体的发射光谱有一定的距离；③能量供体的发射光谱与能量受体的激发光谱有有效的重叠，能量受体可以是有荧光的荧光基团，也可以是不发光的荧光淬灭剂。

FRET能量供体的理化性质如荧光吸收峰的位置、发射峰位置、斯托克斯位移、荧光量子产率、粒径大小、生物相容性等，在FRET检测体系中起着核心的作用，不仅会影响FRET方法的检测限和线性范围，还会影响结果读数的可靠性以及多路复用（即同时检测不同目标物）的适用性。理想的FRET能量供体一般具有如下特点［11］：①荧光易于激发，同时不会激发生物基质，并可通过常规仪器进行检测；②具有明亮的荧光，即在激发波长下具有较高的摩尔吸收系数和较高的荧光量子产率；③可溶解在相关缓冲溶液、细胞培养基或体液中；④在相关条件下具有足够稳定的稳定性；⑤具有用于定位标记的功能基团；⑥光物理性质已知或已被报道；⑦质量可控。根据应用的不同，其他需要考虑因素包括：①荧光团的空间位阻和尺寸相关效应；②进入细胞的可能性；③可能存在的生物毒性；④多色标记的适用性；⑤信号放大策略的兼容性。目前常用的FRET能量供体主要可以分为三大类：①结构明确的分子体系，包括有机小分子［12］、生物大分子荧光团如荧光蛋白［13］，金属配合物如［Ru（bpy）3和镧系螯合物［15］等；②光学和物理化学性质依赖尺寸大小的纳米晶体发色团，包括半导体量子点（Quantum Dots，QDs）（图1-2）［16］、荧光碳点（Carbon Dots，CDs）［17］、贵金属纳米簇（Noble Metal Nanocluster，NMNCs）［18］、稀土发光上转换纳米材料（Upconversion Nanoparticles，UCNPs）［19］；③光学特征与尺寸无关的纳米级至微米级材料。其中，第二类荧光供体是目前研究和应用最为广泛的。

图1-2　量子点作为能量供体的荧光共振能量转移示意图

FRET能量受体的荧光淬灭的性能对分析检测的灵敏度有着重要的影响。能量受体对荧光供体的荧光淬灭能力越强，噪声信号就会越小，信噪比就会越高，检测灵敏度就越高。合适的能量受体一般应具有以下特点：①具有较高的摩尔吸光系数；②在溶液或体液中具有较好的溶解性；③化学稳定性好；④易于可控合成，生物相容性好。目前常用的FRET能量受体主要可以分为两大类：①结构明确的分子受体，包括有机小分子［20］、生物大分子如荧光蛋白［21］等；②尺寸较小的纳米材料，包括量子点［22］、二维过渡金属硫化物如二硫化钨纳米片［23］、碳纳米材料如氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）（图1-3）［24］、贵金属纳米材料如纳米金［25］等。

图1-3　氧化石墨烯作为能量受体的荧光共振能量转移示意图

本书接下来的章节主要以第二类荧光供体为依据介绍基于不同种类的纳米材料为供体的FRET体系及其应用。