MicroRNA(miRNA)是调节基因表达和相关生物过程的小的非编码内源性RNA。根据研究发现,miRNA在细胞内的异常表达与许多疾病有关联。因此,检测细胞内miRNA的表达水平对于肿瘤的早期筛查及诊疗有着重要的生物学意义。迄今为止,用于活细胞内核酸原位成像主要原理是通过探针与检测物之间的杂交反应带来信号开关转换。在这个过程中,杂交可以发生在溶液中或者纳米粒子表面,信号的产生可以是相对于检测物化学计量的或者是n倍放大的。然而,几乎所有方案中都不能完美解决一下几个问题:探针在细胞环境中缺乏稳定性(不能很好的抵抗核酸酶降解)从而导致产生假阳性信号;缺乏内部参比,导致数据会受到非检测因素的影响;缺乏有效的放大方法使得难以实现活细胞中低丰度miRNA的原位成像。通过结合三个关键探针设计元素,球形核酸(SNA),催化发卡组装(CHA)和上转换纳米颗粒(UNP)来构建纳米自参比放大探针(nano-amplicon comparator)用于miRNA成像,可以同时解决上述问题。本文以重要的肿瘤标志物miR21作为靶标,以核酸功能化的上转换纳米材料UNP-H1(H1于5’端修饰)和有机染料修饰的发卡结构H2-F(F=AF555,3’端修饰)作为探针,通过信号响应生成纳米自参比放大探针UNP-H1/H2-F,从而将三个设计元素整合到单一成像架构中:DNA与UNP表面共价结合形成的SNA结构,无论是原始发夹状态或随后的双链体形式都具有高结合强度和高核酸酶抗性,即nano;通过无酶的CHA周转过程可以从一个miR21靶标分子产生多个UNP-H1/H2-F复合物,即amplicon;UNP的EEB1与AF555发生发光共振能力转移,从而产生新的发射峰LRET作为信号通道,UNP的EEB2作为天然参比通道,即comparator。总之,纳米自参比放大探针所具备的所有属性,都赋予其监测不同细胞系内miRNA相对表达含量以及在药物作用下miRNA动态表达水平的能力。