自组装肽纳米材料具有均匀性好、形状和尺寸可调、生物相容性高以及体内消除半衰期长等优良特性，展现出其在综合诊断和治疗方面的巨大潜力。可以通过多种策略赋予自组装纳米探针荧光特性，例如多肽分子中特定氨基酸残基的固有荧光特性、金属离子增强的光学特性、自组装成分偶联荧光团、荧光团参与共组装、聚集诱导发光以及添加量子点等。在本节中，将详细描述上述荧光来源。

1 肽的固有荧光

固有荧光是指蛋白质和肽类物质自身所具有的荧光特性，这种特性源于其结构中特定的氨基酸。多肽是由一定数量的氨基酸按照一级序列顺序结合而成的生物活性分子，氨基酸通过α-羧基和α-氨基的脱水反应形成肽键。在氨基酸中，酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸由于分子中存在苯环而被称为芳香族氨基酸，这三种氨基酸在紫外波段下都能被激发并发出荧光。自组装多肽荧光纳米探针主要包含芳香族氨基酸，其荧光主要源于肽链中特定氨基酸残基的固有荧光特性。因此，利用肽类的固有荧光，无需引入其他荧光源即可制备出具有优异荧光特性的纳米探针。例如，丁等人通过自组装合成了球形四肽色氨酸-苯丙氨酸-苯丙氨酸-色氨酸（WFFW）纳米颗粒，其荧光信号可在340-500纳米范围内调节。自组装过程是由π-π堆积和氢键相互作用所驱动的。

此外，RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）修饰的WFFW自组装以靶向过度表达整合素的肿瘤细胞，尽管这导致了荧光特性减弱的纳米颗粒。为了增强荧光，WFFW与RGDWFFW共组装以制备荧光肿瘤靶向纳米探针。这种方法代表了一种简单、环保的荧光肽纳米探针合成方法，无需复杂步骤或有机荧光发色团。然而，该策略受氨基酸残基序列限制，其固有荧光可能无法满足荧光探针用于疾病诊断或成像的信号强度要求。尽管基于固有荧光的纳米材料有几个成功的案例实现了可调荧光强度，但它们不一定具有通用性。

2 金属离子对荧光特性的影响

诸如锌、铜和铁之类的金属离子已被报道能够驱动自组装过程。在自组装过程中，金属离子通过电子缺乏的正电荷化与肽分子螯合。此外，对于进一步研究由金属配位驱动的自组装肽纳米粒子，锌能够降低热弛豫过程中的能量耗散，从而减少荧光光子的分散，进一步提高荧光信号质量。与锌离子相反，其他金属离子（如铜离子）的配位也会猝灭荧光。当向已形成黄色荧光的NBD-GGH（NBD：4-硝基-2，1，3-苯并恶二唑，GGH：甘氨酸-甘氨酸-组氨酸）自组装体系中加入铜（II）时，铜离子配位驱动NBD-GGH与自身重新组装。随着铜离子浓度的增加，荧光猝灭程度加剧，导致逐渐形成不规则的团簇。这种自组装三肽成分（GGH）末端含有的组氨酸残基具有含氮的咪唑环，能够通过配位作用特异性螯合铜离子，从而在环境中对铜离子具有高度选择性的结合能力。本研究中采用的针对铜离子的配位自组装猝灭荧光策略，能够对极低浓度的铜离子进行定量检测。不同金属离子对荧光产生及荧光强度调节的机制仍有待更深入和系统的揭示。

3 荧光发色团

除了固有荧光外，荧光发色团还被广泛用于与肽类结合，因为它们在特定波长的照射下能够发出荧光。自绿色荧光蛋白（GFP）被发现以来，由于其高灵敏度、波长选择性和发光特异性等优点，这些发色团得到了广泛的研究。通过特定的偶联反应引入荧光发色团，能够显著增强其在生物检测和成像中的应用，结合其特定的靶向能力，能够实现疾病的精准诊断和治疗。例如，肖等人设计并合成了一个α-螺旋肽自组装双功能纳米探针（RGD-IFP/7-AAD，RGD-IFP：含RGD的中间丝，7-AAD：7-氨基放线菌素D），该探针能够靶向高表达αvβ3整合素的A549肿瘤细胞，并释放药物7-AAD。该探针在细胞核中表现出强烈的红色荧光，实现了精准的靶向治疗。

传统的荧光纳米探针由三个部分组成：报告基团（也称为荧光团）、连接基团和识别基团。本文所研究的探针中的自组装多肽部分充当识别基团，能够与目标物质特异性结合。

荧光团的信号转换机制至关重要。它主要影响两个方面。首先，特征峰的红移或蓝移。例如，基于BODIPY的探针在光照下其吸收和发射光谱会出现显著的红移。这使得光化学产物能够被选择性激发。其次，荧光强度可能会被淬灭或增强。以pH敏感型荧光团BCECF（2',7'-双（2-羧乙基）-5-(和-6)-羧基荧光素）为例，随着pH值的升高，其荧光强度会显著增强。这使其适用于监测细胞内pH值的变化。

通常，具有共轭π电子系统的荧光团，例如4-N3-1,8-萘酰亚胺（N3-NTI）荧光团，其包含一个环绕1，8-萘二酰亚胺的芳香环，能够吸收特定波长的光，使电子跃迁至高能级的激发态。经过一定能量损失（非辐射弛豫）后，高能电子会回到基态，并在此过程中以光的形式释放能量。通过利用这种机制来追踪和定位探针，可以观察探针是否按预期发挥作用以及其作用的程度和效果。例如，根据马等人的研究，他们设计了一种自组装抗菌肽FFN（Fmoc-KFFK-GFAWNVCVYRNGVRVCHRRAN-NH2），该肽能够形成纳米颗粒，并在与细菌接触时动态转变为纳米纤维。他们利用荧光光谱法，以荧光基团Fmoc作为指示剂来评估其自组装能力。

当探针与待检测物质相互作用时，探针的电子结构会在一定程度上发生变化，所显示的荧光也会随之改变。例如，N3-NTI 荧光团中含有的氮芥基团可被硫化氢（H₂S）还原为胺基，这会改变荧光团原有的电子结构，从而导致荧光特性发生变化。

值得一提的是，在自组装纳米结构中，当荧光团（供体）与另一荧光团（受体）之间的距离足够近时，供体的激发态能量可以非辐射地转移到受体上，这就是荧光共振能量转移（FRET）现象。例如，王等人设计的自组装纳米探针 PEG-Pep-TPE/DOX（负载阿霉素的聚乙二醇-肽（FFKY）-四苯乙烯）可用于乳腺癌治疗及药物释放的实时监测。这是通过醛基取代的四苯乙烯（TPE-CHO）在聚集态下增强的荧光特性实现的，从而有助于监测药物释放。

该表列举了一些在肽自组装纳米探针构建中常用的荧光团。这些荧光团因其能够指示多种目标而被特意挑选出来，涵盖了广泛的诊断和治疗应用。例如，杨等人通过一步法开发了基于肽的自组装荧光纳米探针，即 CPPG（喜树碱和葡糖胺通过二苯丙氨酸肽连接）AIE 点。自组装是由二苯丙氨酸肽（FF）部分之间的疏水相互作用和 π-π 堆积驱动的，从而形成了具有 AIE 特性的稳定纳米探针。这些纳米探针具有高生物相容性和光稳定性，使其在癌症的靶向诊疗中表现出色（表 1）。

4 QDs

量子点在受到激发光照射时，通过电子跃迁释放光子从而发出荧光。通过调整量子点的尺寸和成分，可以精确控制其发射波长，使其覆盖从紫外线到近红外的宽广光谱范围。此外，量子点具有出色的光稳定性，不易发生光漂白，因此非常适合用于长时间成像和高亮度应用。这些特性使得量子点在生物成像和探针设计方面具有极高的价值。由于这些优势，量子点常被用作近红外二区荧光自组装肽纳米探针的荧光源。

通常，半导体量子点通过表面修饰与肽共价连接，随后使用诸如聚乙二醇（PEG）连接子进行表面修饰，再将亮氨酸 - 苏氨酸 - 缬氨酸 - 丝氨酸 - 丙氨酸 - 色氨酸 - 酪氨酸（LTVSPWY）的 HER2 结合肽共价锚定，此外还有直接与肽连接的连接子，例如贝蒂及其同事展示了改进的肽连接子，这种连接子既允许与生物分子结合，又能在发光半导体量子点中实现自组装。另一个例子是陶等人提出芳香族环状二肽二聚形成量子点，并将其作为构建块进一步自组装成具有不同形态和光致发光特性的量子限制超分子结构。

作为荧光源的主流量子点包括CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbS/PbSe和CuInS₂/ZnS。张等人设计并制造了一种基于聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶封装的CdSe/ZnS量子点的高性能光纤荧光铜离子传感器。通过Cu²⁺与量子点反应实现对Cu²⁺的检测，导致量子点的荧光猝灭。此外，陈等人通过双模式荧光法制备了一种用于选择性检测氯霉素（CTC）的新型比率型荧光传感器。该传感器由蓝色发光的碳点（CDs）和深红色发光的羧基修饰的CuInS₂/ZnS量子点组成。

表 2 总结了一些具有代表性的半导体量子点的优势和缺陷。

参考文献：doi.org/10.1002/smtd.202500518，Self-Assembled Fluorescent Peptide Nanoprobes for Disease Diagnosis