目标DNA驱动发夹组装增强银纳米簇的比率荧光生物响应

近年来，以DNA特定序列为模板合成的银纳米簇（DNA/AgNCs）是一种新型的荧光材料。因其具有多种优良的物理化学性能，在生物敏感、细胞成像、生化分析、疾病诊断等多个领域得到极大关注。但是，单链DNA包裹的纳米簇稳定性较差，荧光寿命有限；且以DNA/AgNCs为单一信号探针的检测方法，也存在难以消除的假阳性信号。这些不足极大限制了DNA/AgNCs的实际应用潜力。为进一步提升DNA/AgNCs的稳定性、充分提高信噪比、降低检测系统误差，西南大学许文菊教授（点击查看介绍）和袁若教授（点击查看介绍）等研究者以艾滋病DNA标志物（hDNA）为研究模型，设计了一特定的DNA发夹信标（HB），首次报道了以HB为模板合成的银纳米簇在有/无目标物存在时，分别在620 nm处呈现红色荧光（R-AgNCs）和在550 nm处呈现绿色荧光（G-AgNCs），以二者的荧光强度比值与hDNA浓度间的函数关系，建立了无酶放大、无标记、高灵敏、快速测定hDNA的分析检测平台。

纳米簇荧光比率信号的产生及检测路径示意图见图1。可见，关键点在于HB的巧妙设计及序列编码。HB含有R-AgNCs和G-AgNCs的双簇模板序列。检测体系没有引入hDNA时，具有发夹构象的HB，其5’端的12个核苷酸尾巴为G-AgNCs的成核和生长；当hDNA存在时，含有其互补序列的识别发夹（RH）被打开，并同时与催化发夹（CH）杂交形成双链；被置换的hDNA参与后续自组装循环，最后输出大量的RH与CH的杂交双链；二者未被杂交裸露的碱基，共同打开HB，其解折叠的茎部与G-AgNCs的12个碱基一起，为R-AgNCs的成核和生长提供极大便利。当体系以R-AgNCs和G-AgNCs的荧光发射强度比值为输出信号时，目标物hDNA的浓度改变便能进行快速而灵敏的分析响应。实验结果表明，R-AgNCs的荧光量子产率达93.83%，并呈现了良好的荧光稳定性及寿命；可实现低至皮摩尔hDNA的比率检测；对具有不同错配的hDNA，该比率方法也呈现了良好的响应选择性（图2）。

图1. hDNA驱动发夹自组装放大实现HB包裹的两种双发射纳米簇（R-AgNCs和无hDNA存在时G-AgNCs）的比率荧光响应

图2. G-AgNCs和R-AgNCs对hDNA的荧光响应曲线（A）、浓度关系校准曲线（B和C）及对不同错配目标物的荧光比率选择性（D）

本工作将两种不同发射的AgNCs模板巧妙地编程在一个发夹信标中，通过目标物驱动发夹自组装进行信号放大，利用目标物存在时R-AgNCs的荧光强度与无目标物G-AgNCs的荧光强度比值作为输出信号，有效降低了背景干扰，极大提高了检测灵敏度和准确度。相较于单一信号纳米簇、传统染料或量子点，该比率方法呈现了更优良的特性，有望极大拓展基于DNA为模板的金属团簇的应用范围，显著降低检测成本，实现不同类型疾病标记物的定量生物分析。这一研究成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是西南大学化学化工学院硕士研究生何佳洋，通讯作者为许文菊教授和袁若教授。

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Targeted DNA-driven catalytic assembly light-up ratiometric fluorescence of biemissive silver nanoclusters for amplified biosensing

Jiayang He, Yuxuan Zhang, Zehui Chen, Chong Li, Ruo Yuan*, Wenju Xu*

Chem. Commun., 2020, 56, 10325-10328, DOI: 10.1039/d0cc04055j

导师介绍

许文菊

https://www.x-mol.com/university/faculty/13996

袁若

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