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生物分子荧光传感的聚集转换策略:ATP的高灵敏高选择性近红外荧光传感

有机染料分子在可见-近红外区具有较高的摩尔吸光系数和良好的荧光发光性能,因此在光谱化学传感中应用广泛。为获得更好的光谱传感性能,近年来厦门大学江云宝教授(点击查看介绍)课题组将超分子聚集体引入传感体系,取得了良好的研究进展(Chem. Comm., 2016, 52, 12929; Chem. Comm., 2015, 51, 13630; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 4249-4263; Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 8032; J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1700)。


相比于传统的单个小分子传感,基于超分子聚集体的传感体系由于具有可调控的聚集分子之间空间取向、提高的传感结合基团局部浓度以及聚集体中分子间电子和空间的耦合作用,表现出更优的传感灵敏度和选择性。因此,设计结构简便、易得的传感分子以其聚集体形式存在时仍表现出优异的传感分析性能。


最近,该研究小组针对生物分子含有多个结合位点的结构特征,提出了聚集体结构转换的荧光传感新策略。通常情况下,荧光传感体系背景低、输出高、结合能力强,是获得优异传感灵敏度的理想选择。为此,作者提出了荧光传感分子以H-型聚集体存在,其荧光猝灭、体系背景低,传感分子与该聚集体结合时引起聚集体的结构变化,荧光物种较好地分散于新的聚集体中且得到更好的保护,因而大大增强了结合物的荧光,输出更高的荧光信号。除此之外,聚集体与传感物种增强的结合作用和聚集体结构转换中伴随的信号放大可以促使他们获得优异的荧光传感性能。基于此,他们设计合成了结构简单、含双边苯硼酸的花菁染料(Cy-BA)用于ATP的荧光传感。Cy-BA自身与ATP作用较弱,与临界聚集浓度下的阳离子型表面活性剂DTAB混合后Cy-BA分子形成H-型聚集,荧光几近完全猝灭。基于核糖与硼酸的共价作用以及随之形成的负电荷硼酸酯、ATP的磷酸根与DTAB间的多重静电作用,引入ATP可以诱导DTAB形成超分子囊泡,荧光染料Cy-BA以单体形式分散于囊泡的疏水微环境中,从而得到良好的保护,发射更强的荧光信号,实现了水相中ATP的高灵敏高选择性荧光传感,检测限为90 nM,远优于常见的有机小分子传感体系,且结构相关的ADP/AMP并不产生干扰。


自然界的生物分子间往往通过多重弱相互作用实现专一性的强结合。因此,该传感新策略依据多重弱相互作用的协同效应,实现了含多个结合位点生物分子的选择性灵敏传感,是对特异性生物相互作用的良好模拟,为生物分子的荧光传感提供了一种全新的思路,可应用于其他生命分子荧光传感体系的构建。


相关结果近期发表于ACS旗下的Analytical Chemistry,研究工作由厦门大学的博士研究生张鹏和硕士研究生朱梦思等完成。


该论文作者为:Zhang, Peng; Zhu, Meng-Si; Luo, Hao; Zhang, Qian; Guo, Lin-E; Li, Zhao and Jiang, Yun-Bao.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Aggregation-switching strategy for promoting fluorescent sensing of biologically relevant species. A simple near-infrared cyanine dye highly sensitive and selective for ATP.

Anal. Chem., 2017, 89, 6210, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01175


江云宝

http://www.x-mol.com/university/faculty/14054

课题组链接

http://www.jianggroup.cn/cn/


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