背景介绍：基因的修饰以及结构变化的鉴定和分析对于基因筛选和诊断至关重要。然而，基因的稳定性常受各种外源因素的影响引起结构损伤，造成细胞功能受到障碍。在分子水平上精准的检测基因组内DNA结构的损伤变化，在目前仍然面临着巨大的挑战。

近期，中国科学院长春应用化学研究所金永东研究员团队首次报道了具有高捕获性能和丰富热点分布的金纳米向日葵纳米结构、实现了电刺激细胞凋亡过程中基因组的DNA结构损伤的精准诊断，相关成果以“Plasmonic SERS Au Nanosunflowers for Sensitive and Label-Free Diagnosis of DNA Base Damage in Stimulus-Induced Cell Apoptosis”为题发表在国际分析化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01799）2020, 92, 11755–11762。

研究的主要内容介绍：该研究团队利用多肽诱导金纳米粒子有序的聚集自组装，实现了金纳米粒子表面电荷的改性、使其能有效地捕获基因组带负电的DNA。同时该纳米向日葵结构具有较强的热点分布，提高了SERS检测的灵敏度，获得了细胞内DNA的高质量SERS光谱。通过SERS光谱的指纹信息的指认，分析了在细胞电刺激凋亡过程中、癌细胞基因组内DNA的腺嘌呤缺失造成其结构严重损伤；同时研究者通过SERS光谱解析了DNA双链可能发生断裂的位点，深入阐释了电刺激对癌细胞内基因组的DNA的损伤过程。

金纳米向日葵用于细胞刺激诱导凋亡过程中基因组的DNA损伤分析

（来源：Anal. Chem.）

该研究团队近年来一直致力于研究电刺激对正常细胞和肿瘤细胞的应激分子响应差异，成功证明了在1V左右的偏压下可有效的打击癌细胞，而正常细胞的损伤较小，实现了电刺激过程中、凋亡因子细胞色素c和capase-3的按需释放过程 (Analytical Chemistry, 2020, 92, 7861-7868; Analytical Chemistry, 2019, 91, 1408-1415)；研究了电刺激细胞凋亡过程中能量ATP的变化（Chemical Communications, 2020, 56, 1561-1564）；同时发现了正常细胞与癌细胞电刺激过程中线粒体的充放电行为 (Analytical Chemistry, 2019, 91, 9571-9579)。基于上述实验，该研究团队还开发出了绿色高效的电化学体内产氢技术、并成功实现了小鼠体内肿瘤的微创消除 （National Science Review， 2020, 7 660-670）。

小结：金纳米向日葵结构的使用成功地实现了电刺激细胞凋亡过程中基因组内DNA结构损伤的分析，其DNA结构损伤主要表现为腺嘌呤的缺失，以及双链中五碳糖和磷酸基团之间的C-O键的断裂。该工作为DNA相关的疾病诊断和治疗提供了新的思路。完成该工作的第一作者是中国科学院长春应用化学研究所的助理研究员齐国华博士，通讯作者为金永东研究员。该工作受到国家自然科学基金 （21675146，21475125）和中科院科研仪器装置研制项目(YZ201666)的支持。