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高效均相熒光核酸檢測：FeP納米線作為淬滅劑

來源: X-MOL 2017-06-12 13:51:35

核酸及其突變(尤其是單堿基突變形成單核苷酸多態(tài)性)的分析檢測在生化研究和臨床診斷等方面具有重要意義。四川大學孫旭平（點擊查看介紹）課題組在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，富共軛π電子納米結(jié)構(gòu)可有效淬滅具有不同發(fā)射波長的多種染料分子的熒光，實現(xiàn)與疾病相關核酸序列的多目標分析，并可區(qū)分單核苷酸多態(tài)性（Nucleic Acids Res.,2011, 39, e37; Small, 2011, 7, 1562-1568; Chem. Commun., 2011, 47, 3927-3929; Chem. Commun., 2011, 47, 2625-2627;Chem. Commun., 2011, 47, 961-963）。這種基于混合-檢測的均相核酸熒光傳感新方法，既避免了異相檢測法的洗脫過程，又具有快速結(jié)合動力學及易于自動化等優(yōu)點。但富共軛π電子納米結(jié)構(gòu)體系難以解決如下五個關鍵問題：單堿基錯配區(qū)分能力有限；基于光誘導電子轉(zhuǎn)移（PET）的熒光淬滅機制缺乏實驗依據(jù)和科學理解；轉(zhuǎn)移到淬滅劑上的電子未被有效利用；無法加速PET實現(xiàn)激發(fā)電子快速轉(zhuǎn)移從而進一步提高核酸檢測性能；傳感材料設計及性能優(yōu)化缺乏理論指導。為此，該課題組提出以電子傳輸能力強及質(zhì)子還原催化活性高的CoP納米線為新型多功能熒光淬滅劑，加速PET速度，從而提高熒光檢測性能：檢測時間為14分鐘，檢測限達到100 pM，T2 : T1熒光強度比值為13.5% （T2：單堿基錯配目標核酸鏈；T1：完全互補目標核酸鏈）。此外，轉(zhuǎn)移到CoP表面的激發(fā)電子成功用于質(zhì)子還原析氫，從而實現(xiàn)高效熒光檢測與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)集成（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 5493-5497）。該工作為基于PET的熒光淬滅機制提供了實驗證據(jù)，為進一步探索過渡金屬磷化物的分析應用拓寬了視野，為熒光傳感與能量轉(zhuǎn)換多功能系統(tǒng)集成研究提供了思路。

最近，該課題組結(jié)合電化學和理論計算，進一步對FeP和α-Fe2O3納米線的導電性、質(zhì)子還原電催化活性及其表面氫原子吸附自由能ΔGH*進行了比較研究。密度泛函理論計算表明，F(xiàn)eP是具有0帶隙的金屬導體，其ΔGH* 為-0.06 eV；而α-Fe2O3是帶隙為2.02 eV的半導體，其ΔGH*為-2.13 eV（更接近0的ΔGH*意味著更高的質(zhì)子還原活性）。電化學阻抗譜分析表明，F(xiàn)eP納米線具有更高的電荷傳輸速率及更快的析氫反應動力學。極化曲線表明，F(xiàn)eP納米線具有更高的催化活性，達到相同電流密度需要更小的反應過電勢。FeP納米線只需1分鐘便可完成核酸檢測，檢測限低至4 pM，T2 : T1熒光強度比值為12%；而α-Fe2O3納米線檢測時間>15分鐘，檢測限為1 nM，T2 : T1熒光強度比值高達39%（圖1）。CoP及Co(OH)2的理論計算和熒光測試結(jié)果具有相同趨勢。該工作為基于PET的熒光淬滅機制提供了科學依據(jù)，為熒光傳感材料設計及性能優(yōu)化提供了理論指導。

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