作者：Hongbao Xin
通訊作者：Luke P. Lee
通訊單位：新加坡國立大學
核心內容：
系統綜述了納米等離激元在生物醫藥中的重點應用，包括：1）細胞分子信息的探索；2）細胞內mRNA的檢測；3）體內基因的傳遞和對基因環路的光學控制；4）在體外分子診斷領域的應用。
在金屬納米顆粒或其他納米結構的表面等離激元共振效應越來越多地受到科學家的關注。通過和生物體系相互聯系，表面等離激元在生命科學和轉化醫學領域內的應用潛能被逐漸開發出來。
有鑒于此，新加坡國立大學Luke P. Lee課題組系統總結了目前利用等離激元共振效應在細胞內檢測分析、基因的表達管理和精確分子診斷等方面的應用，并對納米等離激元技術未來在人類健康領域尤其是智能化檢測方面的應用進行了展望。
1. 細胞內檢測分析
對DNA、RNA和蛋白質等分子的實時檢測和定量分析可以幫助我們對細胞內分子的變化有更清晰的認識。通過單個納米粒子光學“天線”之間光的等離子體耦合產生的光譜響應，可以對活細胞中的信使RNA進行實時檢測。局域表面等離基元共振（LSPR）激發了光學“天線”表面附近分子的振動和電子激發態。這些激發態可被視作分子指紋，用于體內分子的指紋成像，具有很高的時空分辨率。
圖1. 細胞分子信息的探索
圖2. 細胞內mRNA的檢測
2. 基因的表達管理
研究者們做了諸多嘗試去設計和改變細胞的基因使其表達治療型核酸，或者干預某些治病基因的表達從而實現基因治療。在體內臨床應用中，以金納米材料為代表的納米等離基元光學天線被證明能通過光熱觸發選擇性和高空間分辨率的基因傳遞和基因環路重構，這也是傳統的基因干擾方法所無法做到的。
圖3. 體內基因的傳遞和對基因環路的光學控制
3. 精確分子診斷
除了對體內分子的檢測以及基因表達中調節之外，納米等離激元在體外分子診斷應用領域也獲得廣泛的關注。一些生物標記物，如DNA、RNA、蛋白質（包括抗原、抗體和酶），已被確定可以用于在體外診斷和監測傳染性或慢性疾病。目前納米等離激元已經在實時集成分子診斷和快速的臨床評價中得到應用，并開始在環境樣品（如水、空氣和食物）的分析中嶄露頭角。
圖4. 在體外分子診斷領域的應用
圖5. 以納米等離激元為基礎的非標記分子診斷應用
總之，這篇綜述概述了納米等離激元光學天線近年來在生物醫藥領域的重大進展，同時也指出了這些技術存在的諸多問題，譬如深層組織成像分辨率較低，長期的生物相性等等。在總結的基礎上也為今后納米等離激元技術在人類健康問題的探索中的應用拓展提供了方向和清醒的思考。
參考文獻：
Xin, H. B., Namgung, B. et al. Nanoplasmonic optical antennas for life sciences and medicine. Nature Reviews Materials
https://doi.org/10.1038/s41578-018-0033-8
