高稳定的COF纳米片作为新一代电化学发光材料用于MicroRNA灵敏检测

癌症的早期诊断对提高癌症患者生存率至关重要，研究表明microRNA-21（miRNA-21）可以作为肺癌、胃癌、前列腺癌、胰腺癌等多种癌症的生物标志物。因此，开发一种简单、快速、灵敏的miRNA-21检测方法对于上述癌症的早期诊断具有重要意义。

电致化学发光（ECL）分析技术结合了电化学和化学发光技术的特点，具有低背景、高选择性、低检测限和宽响应范围等优点，适用于浓度低、成分复杂的生物体系分析，为生命体中重要物质的痕量检测提供了强有力的技术支持，已成为癌症标志物的重要检测方法之一。

共价有机框架（COFs）是一类由轻质元素（C、H、O、N、B等）通过共价键连接而成的新型结晶性多孔材料，具有结构可调性、超高表面积、有序的孔道结构、较强的水稳定性和低生物毒性等优点，因而是构建高稳定、高灵敏ECL传感器的理想材料。然而，COFs中普遍存在的强π-π堆叠容易触发聚集诱导猝灭（ACQ）效应，导致大部分COFs不发光或者发光效率较低。此外，大多数的COF是由亚胺键相连，在激发态下亚胺键容易旋转，导致易发生非辐射跃迁，从而进一步降低了亚胺键连接COFs的发光效率。因此，构建具有优异ECL性能的COFs是一个极具价值和挑战性的课题。

最近唐本忠院士等人研究表明将具有聚集诱导发光（AIE）特征的分子（AIEgens）与ACQ发光体相互连接，可以实现ACQ到AIE的转化。受这些研究启发，西南大学肖冬荣教授（点击查看介绍）、袁若教授（点击查看介绍）等人提出了通过将AIEgens与ACQ发光体共价连接构建高性能COF基ECL材料的新策略。该策略既能提高ECL发光体的固载量，又能有效降低ACQ效应，因而所制备的碳碳双键连接的全共轭COF(Py-sp²c-COF)具有优异的ECL发光性能。然而在块状的Py-sp²c-COF中，离子、电子、共反应试剂和共反应试剂中间体的扩散路径较长，部分内部ECL发光体难以被电化学活化，导致ECL发光体的利用率仍然有限。因此，研究者通过研磨剥离制备了超薄的COF纳米片（Py-sp²c-CON），提高ECL发光体的利用率，从而获得了更高的ECL发光强度。此外，Bu₄NPF₆作为共反应促进剂有效提高了ECL发光材料（Py-sp²c-CON）与共反应试剂（S₂O₈^2-）之间的反应速率，进一步提高了Py-sp²c-CON的ECL发光强度。研究结果表明，Py-sp²c-CON/S₂O₈^2-/Bu₄NPF₆体系的ECL发光强度分别是Py-sp²c-CON/S₂O₈^2-、Py-sp²c-COF/S₂O₈^2-、TFPPy/S₂O₈^2-、亚胺键连接的pyrene COF/S₂O₈^2- 体系的2.03、5.76、24.31、190.33倍。基于Py-sp²c-CON/S₂O₈^2-/Bu₄NPF₆体系的优异ECL性能，研究者将其作为ECL信号探针，并结合外切酶III-辅助目标循环放大策略，构建了高灵敏、高稳定的ECL生物传感器，成功实现了对miRNA-21的超灵敏检测（检测范围100 aM ~ 1 nM，检测限为46 aM）。该工作不仅证明了碳碳双键连接的COF纳米片可以直接作为高效ECL发光材料构建高稳定、高灵敏的ECL传感器，而且拓展了COFs在生物分析中的应用，为开发新型ECL发光材料开辟了新视野。

图1. (A) Py-sp²c-CON的合成，(B) 外切酶III-辅助目标循环放大反应，(C) ECL生物传感器的制备过程及检测原理。

这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为西南大学化学化工学院的博士研究生张金玲，西南大学化学化工学院肖冬荣教授和袁若教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

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）：

Highly Stable Covalent Organic Framework Nanosheets as a New Generation of Electrochemiluminescence Emitters for Ultrasensitive MicroRNA Detection

Jin-Ling Zhang, Yang Yang, Wen-Bin Liang, Li-Ying Yao, Ruo Yuan*, Dong-Rong Xiao*

Anal. Chem., 2021, 93, 3258–3265, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04931

导师介绍

肖冬荣

https://www.x-mol.com/university/faculty/13983

袁若

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