DNA结构修饰的金属有机框架化合物构建比率型SERS生物传感器应用于高灵敏检测ATP

近年来，表面增强拉曼散射（surface enhanced Raman scattering, SERS）技术发展迅速，不仅可以构建具有分子识别能力的超灵敏传感平台，而且可以实现单分子检测。SERS技术已广泛应用于DNA、 RNA、蛋白等生物分子的定量检测。

传统的SERS生物传感器通常利用单一拉曼信号对目标物进行定量分析，可靠性会受到不可控因素的影响。在SERS检测中经常引入内部标准或比值法，可以减少背景干扰，显著提高SERS生物传感器的可靠性和稳定性。近年来，西南大学袁若课题组初步构建了一种DNA水凝胶捕获葡萄糖氧化酶的比率型SERS传感器（J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 2643-2647）。然而，该研究中两种拉曼信号的比值需进一步提高，以提高生物传感器的灵敏度。

最近，西南大学袁若教授和杨霞教授团队报道了一种基于DNA结构功能化的金属有机框架（MOFs）的比率型SERS生物传感器，用于高灵敏检测三磷酸腺苷（ATP）。设计原理图如图1所示，首先将拉曼信号物质甲苯胺蓝（TB）包裹在MOFs微孔中，然后将DNA Y型结构固定在MOFs表面，封锁拉曼信号。DNA Y型结构由ATP适配体 (S2)、cDNA和单链DNA (S1) 组成。在ATP存在时，S2与ATP结合，Y形结构打开，释放出大量的TB和一条单链DNA (cDNA)。之后，将上述含有TB和cDNA的溶液滴入固定了发夹DNA (H1)的金纳米花（GNFs）上，cDNA与H1 (拉曼分子Cy5标记) 互补，在基底上形成刚性双链DNA (dsDNA)。然后，TB吸附在SERS底物上和嵌入到dsDNA中。此时，进行拉曼检测可获得TB拉曼信号 (I_TB)。同时，dsDNA的形成使Cy5远离金纳米花，导致Cy5的拉曼强度 (I_Cy5) 与之前相比降低。基于上述原理，随着ATP浓度的增加，I_TB/I_Cy5的比例增加，从而构建了ATP响应的比率型SERS生物传感器。

图 1. 比率型SERS生物传感器的构建过程。

研究结果进一步证明，该比率型SERS生物传感器对ATP检测范围为1 ~ 200 nM，检测限为0.4 nM。该研究巧妙地将DNA结构与MOFs结合，应用于高灵敏检测ATP，为其他生物分子的检测提供了新的策略。同时，该研究可以校正传统的SERS生物传感器的不可控性，提高SERS分析的可靠性，这将拓宽SERS相关生物分析的应用范围，提高其应用性。

这一研究成果近期发表在Chemical Communications上，文章的第一作者为西南大学化学化工学院的硕士研究生吴彩骏，通讯作者为西南大学化学化工学院的袁若教授和杨霞教授。相关研究工作得到国家自然科学基金的支持。

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Adenosine Triphosphate Responsive Metal–organic Frameworks Equipped with DNA Structure Lock for Construction of Ratiometric SERS Biosensor

Caijun Wu, Shufan Wang, Xiliang Luo, Ruo Yuan, Xia Yang

Chem. Commun., 2020, 56, 1413-1416, DOI: 10.1039/c9cc08440a

研究团队简介

论文通讯作者，杨霞，西南大学化学化工学院教授、硕士生导师。2013年毕业于香港城市大学材料与物理系，主要研究领域为无机功能纳米材料、电化学及表面增强拉曼生物分析。近年来主持国家自然科学基金青年项目1项，重庆市自然科学基金1项，中国博士后基金2项。以第一作者或通讯作者发表IF 5.0以上SCI论文20余篇，包括Anal. Chem.、Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A.、ACS Appl. Mat. Interfaces等。

论文通讯作者，袁若，西南大学化学化工学院教授、博士生导师。近年来，作为项目负责人主持完成及在研的国家及部省级科研课题20余项，研究成果获重庆市2012年度自然科学一等奖（排名第一），重庆市2013年度科技进步一等奖（排名第二），连续五年（2014-2018年）入选Elsevier发布的中国高被引学者（Most Cited Chinese Researchers）榜单。主要研究领域为电致化学发光、电化学、光致电化学等生物及化学传感器方法学研究。在国际刊物（如J. Am. Chem. Soc.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、Chem. Eur. J.、Chem. Commun.、Org. Chem.、Adv. Funct. Mater.、Biomaterials、Small、J. Mater. Chem. A、Nanoscale、ACS Appl. Mater. Interfaces、Biosens. Bioelectron.等）上发表了SCI 收录论文700余篇，其中影响因子5.0以上的文章500余篇；SCI收录他引次数14000余次，其中单篇文章的引用次数达300余次，个人H指数55。

https://www.x-mol.com/university/faculty/13979