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高效均相荧光核酸检测：FeP纳米线作为淬灭剂

来源: X-MOL 2017-06-12 13:51:35

核酸及其突变(尤其是单碱基突变形成单核苷酸多态性)的分析检测在生化研究和临床诊断等方面具有重要意义。四川大学孙旭平（点击查看介绍）课题组在以往的研究中发现，富共轭π电子纳米结构可有效淬灭具有不同发射波长的多种染料分子的荧光，实现与疾病相关核酸序列的多目标分析，并可区分单核苷酸多态性（Nucleic Acids Res.,2011, 39, e37; Small, 2011, 7, 1562-1568; Chem. Commun., 2011, 47, 3927-3929; Chem. Commun., 2011, 47, 2625-2627;Chem. Commun., 2011, 47, 961-963）。这种基于混合-检测的均相核酸荧光传感新方法，既避免了异相检测法的洗脱过程，又具有快速结合动力学及易于自动化等优点。但富共轭π电子纳米结构体系难以解决如下五个关键问题：单碱基错配区分能力有限；基于光诱导电子转移（PET）的荧光淬灭机制缺乏实验依据和科学理解；转移到淬灭剂上的电子未被有效利用；无法加速PET实现激发电子快速转移从而进一步提高核酸检测性能；传感材料设计及性能优化缺乏理论指导。为此，该课题组提出以电子传输能力强及质子还原催化活性高的CoP纳米线为新型多功能荧光淬灭剂，加速PET速度，从而提高荧光检测性能：检测时间为14分钟，检测限达到100 pM，T2 : T1荧光强度比值为13.5% （T2：单碱基错配目标核酸链；T1：完全互补目标核酸链）。此外，转移到CoP表面的激发电子成功用于质子还原析氢，从而实现高效荧光检测与能量转换系统集成（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 5493-5497）。该工作为基于PET的荧光淬灭机制提供了实验证据，为进一步探索过渡金属磷化物的分析应用拓宽了视野，为荧光传感与能量转换多功能系统集成研究提供了思路。

最近，该课题组结合电化学和理论计算，进一步对FeP和α-Fe2O3纳米线的导电性、质子还原电催化活性及其表面氢原子吸附自由能ΔGH*进行了比较研究。密度泛函理论计算表明，FeP是具有0带隙的金属导体，其ΔGH* 为-0.06 eV；而α-Fe2O3是带隙为2.02 eV的半导体，其ΔGH*为-2.13 eV（更接近0的ΔGH*意味着更高的质子还原活性）。电化学阻抗谱分析表明，FeP纳米线具有更高的电荷传输速率及更快的析氢反应动力学。极化曲线表明，FeP纳米线具有更高的催化活性，达到相同电流密度需要更小的反应过电势。FeP纳米线只需1分钟便可完成核酸检测，检测限低至4 pM，T2 : T1荧光强度比值为12%；而α-Fe2O3纳米线检测时间>15分钟，检测限为1 nM，T2 : T1荧光强度比值高达39%（图1）。CoP及Co(OH)2的理论计算和荧光测试结果具有相同趋势。该工作为基于PET的荧光淬灭机制提供了科学依据，为荧光传感材料设计及性能优化提供了理论指导。

分析化学

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