定量和灵敏的遗传分析技术在临床诊断、法医学、药物开发、食品安全监督和环境监测等众多领域中发挥着至关重要的作用。目前已经开发了许多DNA检测方法，包括比色法、荧光化学发光和电化学等。但是，大多数方法仍然需要笨重且昂贵的仪器。在所有检测方法中，基于纳米材料的比色测定（尤其是使用基于金纳米颗粒（AuNPs）的生物传感器）已成为最常用的检测方法，这归因于AuNPs独特的表面等离子体共振（SPR）吸收、简单的操作以及明显的颜色变化。但是，大多数比色法存在检测灵敏度低的问题，除非使用专门的仪器（例如酶标仪），否则不适合定量检测。
常规的核酸检测方法主要是基于核酸扩增的方法，例如聚合酶链反应（PCR）、DNA微阵列等基于DNA杂交的技术。这些常规的核酸检测方法需要两个功能化过程：（1）AuNPs（或其他纳米材料）功能化修饰-SH官能团；（2）在DNA产物/引物/探针功能化修饰上其他官能团（如-NH2），用于与AuNPs或某些荧光团（例如，荧光素酰胺（FAM），Cy3，Cy5，Cy7等）连接，这些使整个检测方法变得昂贵、繁琐且费时；而且，一种DNA功能化的纳米传感器通常仅限于一个靶标；若要检测其他靶标，则需要新一轮的纳米粒子功能化，使得这种识别、扩增和检测的机制对检测不同DNA序列的应用有一定的限制。因此，开发一种集成了无标记和无DNA扩增的生物传感机制的通用平台用于即时定量检测DNA引起研究者们越来越大的兴趣。
金纳米材料、碳纳米材料和有机分子染料常被视为光热剂，其独特的光热（PT）转化特性产生的光热效应已被广泛研究并应用于癌症治疗。近来，作为一种新颖且有吸引力的方法，基于纳米材料的光热生物传感用于生物分子定量检测出现了。作者小组首次开发了一种新的光热免疫测定平台，使用温度计定量检测癌症生物标记物，之后也与其他一些光热免疫传感平台联用。例如，通过引入不同的光热探针（普鲁士蓝纳米颗粒（PBNPs）、有机分子（如氧化的TMB）等），将生物标记物的信息转换为光热信号（如温度变化），只需使用家用温度计即可对其进行定量测量。与传统的酶联免疫吸附测定（ELISA）相比，基于比色检测的光热免疫测定法具有一定的优势，它提供了一种简单、低成本且定量的检测平台，在此平台上，不需要昂贵且笨重的分析仪器或训练有素的人员，并且对颜色的干扰最小。目前，大多数光热生物传感平台都针对生物标记物，用于遗传分析的新光热生物传感平台报道很少。
本文中，作者基于AuNPs聚集诱导的光热效应，开发了一种使用温度计进行定量遗传分析的新的简单通用的方法。在这种方法中，分别通过单链DNA（ssDNA）探针和盐对分散的AuNPs的保护和去稳定之间实现竞争过程。当添加靶DNA时，由于杂交，ssDNA探针从AuNPs被剥夺使得AuNPs表面保护作用减弱，从而AuNPs从分散状态变为聚集状态，所获得的AuNPs聚集体被用作新型光热生物传感器，核酸的定量分析与温度读数相关联。通过这种策略，无需进行DNA扩增、AuNPs的表面修饰和ssDNA探针修饰，可大大降低基因测定的复杂性和成本。仅使用温度计作为信号读取器，即可在40分钟内完成整个测定，而无需任何笨重且昂贵的仪器。此外，未经修饰的AuNPs可用于吸附各种DNA探针，使其成为遗传靶标检测通用平台。通过使用结核分枝杆菌（MTB）DNA作为靶标，实现了高灵敏度和特异性检测，检测限（LOD）低至0.28nM，比基于酶标仪的比色法的检测限低了近十倍。
图1可行性测试分析：不同悬浮液的（A）UV-vis光谱和（B）温度变化，包括（a）SSC缓冲液为空白，（b）分散的AuNPs悬浮液（1.2nM），（c）SSC缓冲液中的AuNPs+盐（40mM）,（d）AuNPs+ssDNA（nM）+盐（40mM）和（e）AuNPs+ssDNA（nM）+目标DNA（nM）+盐（40mM）。面板B中的插图是悬浮液a-e（从左到右）的照片。（C）b–e不同悬浮液的SEM图像。nmNIR激光器的功率密度为5.2W/cm2，照射时间为5分钟。误差棒代表标准偏差（n=3）。
图2盐浓度的优化：（A）UV-vis光谱，（B）在和nm处的吸光度，（C）在加入0至mM盐后，AuNP悬浮液的照片最终浓度，插图是添加40mM盐后AuNPs悬浮液的SEM图像。（D）在nm激光照射下上述AuNPs悬浮液的温度升高，激光功率密度为5.2W/cm2，照射时间为5分钟。SSC缓冲区用作空白。误差棒代表标准偏差（n=3）。
图3优化ssDNA浓度：（A）紫外-可见光谱，（B）在和nm处的吸光度，以及（C）存在40mM盐的情况下，0-nMssDNA保护的AuNP悬浮液的照片，插图是在40mM盐存在下被nMssDNA保护的AuNPs悬浮液的SEM图像。（D）在nm激光照射下AuNPs悬浮液的温度升高。激光功率密度为5.2W/cm2，照射时间为5分钟。误差棒代表标准偏差（n=3）。
图4优化照射时间：不同悬浮液在nm激光照射下，随照射时间的增加温度在0-s范围内的变化：空白的SSC缓冲液，AuNPs悬浮液，聚集的AuNPs+40mM盐和AuNPs+nMssDNA+40mM盐（低于最佳条件）。激光功率密度为5.2W/cm2。
图5光热生物传感系统进行定量遗传分析和使用酶标仪对MTBDNA比色检测的UV-vis表征。（A）UV-vis光谱，（B）加入不同浓度（从左到右分别为0，4，60，，和nM）的MTBDNA后，以nm处AuNPs的吸光度建立的标曲和聚集悬浮液的照片（插图）。误差棒代表标准偏差（n=3）。
图6使用温度计在基于AuNP聚集的光热生物传感平台上对MTB进行定量遗传分析：（A）温度升高与目标MTBDNA对数浓度在2–nM之间的标曲，（B）特异性测试。激光功率密度为5.2W/cm2，照射时间为8分钟。误差棒代表标准偏差（n=3）。
图7使用光热生物传感平台检测各种靶核酸（脑膜炎奈瑟氏菌DNA，miRNA-和兰伯氏菌DNA）。所有检测均在最佳条件下用浓度分别为nM互补探针和50nM的靶标进行。误差棒代表标准偏差（n=3）。
作者首次开发了一个简单而通用的AuNPs聚集诱导的光热生物传感平台，进行灵敏和定量的核酸检测。只需使用温度计作为信号读取器即可完成定量检测，无需任何专业且昂贵的分析仪器。尽管使用低成本温度计用作信号读取器，但LOD低至0.28nM，达到了高灵敏度，比使用分光计的比色检测方法的LOD低约10倍。作为DNA检测的通用平台，它不需要标记DNA探针、AuNPs或DNA扩增过程，大大降低了检测测定的复杂性和成本。此外，该光热生物传感平台不仅仅用于核酸检测，还为定量检测多种生化和生物有机体提供了前所未有的潜力。例如，通过使用DNA适配体，该平台可用于检测多种物质，包括蛋白质生物标志物、微生物、癌细胞、金属离子（Hg2+）。基于便携式但功能强大的NIR激光指示器越来越容易在市场购买获得，这种生物传感方法将为常规检测方法带来新的视野，尤其是针对即时检测（POCT）的检测方法。
Zhou,W.,Hu,K.,Kwee,S.,Tang,L.,Wang,Z.,Xia,J.,Li,X.().Goldnanoparticleaggregation-inducedquantitativephotothermalbiosensingusingathermometer:Asimpleanduniversalbiosensingplatform.AnalyticalChemistry,92(3),-.
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