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Hairpin-Contained i-Motif Based Fluorescent Ratiometric Probe for High-Resolution and Sensitive Response of Small pH Variations
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2018-01-17 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03972 Wenjie Ma 1 , Lv’an Yan 1 , Xiaoxiao He 1 , Taiping Qing 1 , Yanli Lei 1 , Zhenzhen Qiao 1 , Dinggeng He 1 , Kaihang Huang 1 , Kemin Wang 1
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2018-01-17 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03972 Wenjie Ma 1 , Lv’an Yan 1 , Xiaoxiao He 1 , Taiping Qing 1 , Yanli Lei 1 , Zhenzhen Qiao 1 , Dinggeng He 1 , Kaihang Huang 1 , Kemin Wang 1
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Intracellular pH (pHi) is an important parameter associated with cellular behaviors and pathological conditions. Sensing pHi and monitoring its changes are essential but challenging due to the lack of high-sensitive probes. Herein, a ratiometric fluorescent probe with ultra pH-sensitivity is developed based on hairpin-contained i-motif strand (I-strand, labeled with Rhodamine Green and BHQ2 at two termini) and complementary strand (C-strand, labeled with Rhodamine Red at its 5′-end). At neutral pH, both I-strand and C-strand hybridize into a rigid duplex (I–C), which holds the Rhodamine Red and the BHQ2 in close proximity. As a result, the fluorescence emission (F597 nm) of the Rhodamine Red is strongly suppressed, while the Rhodamine Green (F542 nm) is in a “signal on” state. However, the slightly acidic pH enforced the I-strand to form an intramolecular i-motif and initiated the dehybridization of I–C duplex, leading to Rhodamine Red in a “signal on” state and a decreased fluorescence of Rhodamine Green. The ratio (F542 nm/F597 nm) can be used as a signal for pH sensing. Due to the rational internal hairpin design of I–C duplex probe, almost 70-fold change in the ratio was observed in the physiological pH range (6.50–7.40). This probe possesses efficient stability, fast response, and reversible pH measurement capabilities. Furthermore, intracellular application of the ratiometric probe was demonstrated on the example of SMMC-7721 cells. With different recognition elements in engineering of i-motif based platforms, the design might hold great potential to become a versatile strategy for intracellular pH sensing.
中文翻译：
基于发夹的基于i-Motif的荧光比率探针，可实现小pH值变化的高分辨率和灵敏响应
细胞内pH（pHi）是与细胞行为和病理状况相关的重要参数。感应pHi并监控其变化是必不可少的，但由于缺少高灵敏度的探针，因此具有挑战性。在此，基于包含发夹的i-基序链（I链，在两个末端标记为Rhodamine Green和BHQ 2）和互补链（C链，标记为Rhodamine Red），开发了一种具有超pH敏感性的比例荧光探针。在5'端）。在中性pH值下，I链和C链都杂交成刚性双链体（IC），该双链体将罗丹明红和BHQ 2紧密地结合在一起。结果，罗丹明红的荧光发射（F 597 nm）被强烈抑制，而若丹明绿（F542 nm）处于“信号开启”状态。但是，微酸性的pH值会迫使I链形成分子内的i-基序，并引发I-C双链体的去杂化作用，从而导致若丹明红呈“信号开启”状态，并且减少了若丹明绿的荧光。比率（F 542 nm / F 597 nm）可以用作pH传感信号。由于I–C双工探针的内部发夹设计合理，因此在生理pH范围（6.50–7.40）范围内观察到比率几乎变化了70倍。该探头具有高效的稳定性，快速的响应和可逆的pH测量功能。此外，在SMMC-7721细胞的例子中证明了比例探针的细胞内应用。在基于i-motif的平台工程中具有不同的识别元素时，该设计可能具有巨大的潜力，成为用于细胞内pH传感的通用策略。
更新日期：2018-01-17
中文翻译：
基于发夹的基于i-Motif的荧光比率探针，可实现小pH值变化的高分辨率和灵敏响应
细胞内pH（pHi）是与细胞行为和病理状况相关的重要参数。感应pHi并监控其变化是必不可少的，但由于缺少高灵敏度的探针，因此具有挑战性。在此，基于包含发夹的i-基序链（I链，在两个末端标记为Rhodamine Green和BHQ 2）和互补链（C链，标记为Rhodamine Red），开发了一种具有超pH敏感性的比例荧光探针。在5'端）。在中性pH值下，I链和C链都杂交成刚性双链体（IC），该双链体将罗丹明红和BHQ 2紧密地结合在一起。结果，罗丹明红的荧光发射（F 597 nm）被强烈抑制，而若丹明绿（F542 nm）处于“信号开启”状态。但是，微酸性的pH值会迫使I链形成分子内的i-基序，并引发I-C双链体的去杂化作用，从而导致若丹明红呈“信号开启”状态，并且减少了若丹明绿的荧光。比率（F 542 nm / F 597 nm）可以用作pH传感信号。由于I–C双工探针的内部发夹设计合理，因此在生理pH范围（6.50–7.40）范围内观察到比率几乎变化了70倍。该探头具有高效的稳定性，快速的响应和可逆的pH测量功能。此外，在SMMC-7721细胞的例子中证明了比例探针的细胞内应用。在基于i-motif的平台工程中具有不同的识别元素时，该设计可能具有巨大的潜力，成为用于细胞内pH传感的通用策略。
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