超分子指示剂竞争分析实现多色DNA荧光传感器

荧光传感器由于其灵敏度高、特异性强、响应速度快等优点，而被广泛用于对各种分析物的检测。在传统的荧光传感器中，分析物浓度变化使荧光强度发生变化，而荧光发射波长并不发生明显的变化（称为单色传感器）。然而，发射波长随分析物浓度变化而改变的荧光传感器（称为多色传感器）很难实现，那么有无可能通过简便的方法实现荧光传感器的多色强对比分析呢？近日，浙江师范大学的邵勇（点击查看介绍）团队通过指示剂竞争分析（ICA）开发了一种基于葫芦脲超分子多色DNA识别原理的荧光传感器。

因其能与大量配体分子形成特异性结合的主-客体复合物，葫芦脲（CB[n]）是一类在分子识别方面具有潜在应用价值的工具分子。近年来，通过已开发的CB[n]的功能性客体分子以及外部刺激响应原理的核酸超分子研究已经得到了实际应用，如：G-四链体、双链结构操控，核酸杂交的蛋白质抑制剂的释放，可控的DNA延伸，纳米孔的DNA损伤的检测，释放原理的miRNA的检测，增强细胞对RNA染色的摄取成像和可调控的DNA纳米孔转移等方面。近来已发展的基于CB[n]的超分子传感器包括三个原理：指示剂取代分析（IDA，图B），联合结合分析（ABA，图C）和直接结合分析（DBA，图C）。可以看出，无论是DBA、IDA还是ABA，都需要分析物与CB(n)直接结合。因此，目前这些方法限制了对于像DNA这样大尺寸分析物的应用。虽然通过复杂合成路径设计的荧光分子实现了超分子比率DNA解码，但是，目标物浓度依赖的波长响应的免标记多色DNA解码仍然是一个巨大的挑战。

邵勇团队开发的基于葫芦脲超分子多色DNA识别原理的传感器有望解决这一难题。在这项工作中他们将黄连碱（COP）和黄藤素（PAL）作为原理验证的指示剂，它们与葫芦脲[7]（CB[7]）结合后有强的荧光。当引入含有碱基缺失位点且其对位碱基为嘧啶的DNA时，能与CB[7]竞争COP，使发光颜色由绿色变为棕黄色；而当碱基缺失位点的对位碱基为嘌呤时，就不能与CB7竞争COP，此时溶液颜色仍然保持绿色，表明对核苷酸颠换多色识别有一个较高的选择性。此外，由于PAL与CB[7]的结合能力相对较弱，含有碱基缺失位点的DNA能将PAL从它与CB[7]复合物中竞争出来，因此产生一个从蓝色到绿色的荧光颜色变化，这种变化与碱基缺失位点对面核苷酸的类型是无关的；而不含碱基缺失位点的DNA和错配的DNA不能使颜色发生改变。表明该方法可作为一种对碱基缺失位点生物标志物检测的优选方法。

他们开发的基于超分子CB7-指示剂复合物的多色DNA识别分析方法，首次论证了ICA原理用于构建超分子多色DNA传感器。通过利用选定的指示剂，发展的多色核苷酸颠换识别以及碱基缺失位点生物标记物检测具有理想的选择性。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章第一作者是浙江师范大学硕士研究生周玉凤。

该论文作者为：Yufeng Zhou, Longlong Gao, Xingyu Tong, Qiusha Li,Yifan Fei, Yali Yu, Ting Ye, Xiao-Shun Zhou, and Yong Shao

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Supramolecularly Multicolor DNA Decoding Using an Indicator Competition Assay

Anal. Chem., 2018, 90, 13183-13187, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04070

此外，邵勇团队近来在G-quadruplex识别（Anal. Chem., 2014, 86, 1622-1631；Anal. Chem., 2015, 87, 730-737），triplex识别（Anal. Chem., 2015, 87, 11620-11624），对映体分析（Anal. Chem., 2017, 89, 2181-2185），SNP（Anal. Chem., 2017, 89, 9299-9306），parallel-stranded duplex（Anal. Chem., 2017, 89, 8604-8608），基于DNA的软分子印迹（Anal. Chem., 2018, 90, 5552-5556）等方面也取得了重要进展。

导师介绍

邵勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/14548