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Aggregation-Induced Electrochemiluminescence of Ir(ppy)3-Functionalized ZIF-8 for Microcystin-LR Detection via the trans-Cleavage Activity of CRISPR-Cas12a
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c03495 Binnan Shi 1 , Yue Jia 1 , Dehao Jia 1 , Tian Tian 1 , Jingui Chen 1 , Xiang Ren 1 , Jianping Lei 2 , Hongying Jia 1 , Huan Wang 1 , Qin Wei 1, 3
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c03495 Binnan Shi 1 , Yue Jia 1 , Dehao Jia 1 , Tian Tian 1 , Jingui Chen 1 , Xiang Ren 1 , Jianping Lei 2 , Hongying Jia 1 , Huan Wang 1 , Qin Wei 1, 3
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An efficient electrochemiluminescence (ECL) emitter, Ir(ppy)3-based molecules has recently been reported to exhibit aggregation-induced electrochemiluminescence (AIECL) phenomenon. However, it remains a significant challenge to control the aggregation states of these molecules and achieve uniform aggregates with intense ECL emission. In this work, a biosensor was developed to detect microcystin-LR (MC-LR) based on Ir(ppy)3-functionalized zeolitic imidazolate framework-8 (Ir-ZIF-8) as the ECL emitter and the trans-cleavage activity of CRISPR-Cas12a as the methodological strategy. The Ir-ZIF-8, a functional metal–organic framework (MOF), exhibited the AIECL phenomenon via the spatial domain-limiting effect of encapsulating Ir(ppy)3 into the mesopores of ZIF-8, while the porosity and highly ordered topological structure of ZIF-8 effectively limited the molecular motion of Ir(ppy)3. CRISPR-Cas12a was employed to indiscriminately cleave double-stranded DNA decorated with carboxy tetramethylrhodamine (TAMRA), which quenched the ECL signal of Ir-ZIF-8 by resonance energy transfer and then separated the quencher from Ir-ZIF-8 to reactivate the signal. The concentration of MC-LR was designed to correlate with both the quencher amount and the activity of Cas12a. Then, two linear regression equations for MC-LR detection were constructed to improve the accuracy of the biosensor, and the constructed biosensor showed remarkable reproducibility, stability, and selectivity. The accurate detection of MC-LR with limits of detection of 1.2 and 5.9 pg/mL was made possible by the high quenching efficiency of TAMRA and the effective cutting ability of the editable CRISPR-Cas12a system.
中文翻译：
通过 CRISPR-Cas12a 的反式切割活性对 Ir（ppy）3-功能化 ZIF-8 进行聚集诱导的电化学发光，用于微囊藻毒素-LR 检测
最近报道了一种高效的电化学发光 （ECL） 发射器，基于 Ir（ppy）3 的分子表现出聚集诱导电化学发光 （AIECL） 现象。然而，控制这些分子的聚集状态并在强烈的 ECL 发射下实现均匀的聚集仍然是一个重大挑战。在这项工作中，开发了一种生物传感器来检测微囊藻毒素-LR （MC-LR），基于 Ir（ppy）3 功能化沸石咪唑酸盐框架-8 （Ir-ZIF-8） 作为 ECL 发射器，CRISPR-Cas12a 的反式切割活性作为方法学策略。Ir-ZIF-8 是一种功能性金属有机框架 （MOF），通过将 Ir（ppy）3 封装到 ZIF-8 的介孔中，表现出空间域限制效应，而 ZIF-8 的孔隙率和高度有序的拓扑结构有效地限制了 Ir（ppy）3 的分子运动。采用 CRISPR-Cas12a 不加区分地切割用羧基四甲基罗丹明 （TAMRA） 装饰的双链 DNA，通过共振能量转移淬灭 Ir-ZIF-8 的 ECL 信号，然后将淬灭剂与 Ir-ZIF-8 分离以重新激活信号。MC-LR 的浓度设计为与淬灭基团的量和 Cas12a 的活性相关。然后，构建两个用于 MC-LR 检测的线性回归方程以提高生物传感器的准确性，构建的生物传感器表现出显著的重现性、稳定性和选择性。TAMRA 的高淬灭效率和可编辑 CRISPR-Cas12a 系统的有效切割能力使 MC-LR 的准确检测成为可能，检测限为 1.2 和 5.9 pg/mL。
更新日期：2024-09-05
中文翻译：
通过 CRISPR-Cas12a 的反式切割活性对 Ir（ppy）3-功能化 ZIF-8 进行聚集诱导的电化学发光，用于微囊藻毒素-LR 检测
最近报道了一种高效的电化学发光 （ECL） 发射器，基于 Ir（ppy）3 的分子表现出聚集诱导电化学发光 （AIECL） 现象。然而，控制这些分子的聚集状态并在强烈的 ECL 发射下实现均匀的聚集仍然是一个重大挑战。在这项工作中，开发了一种生物传感器来检测微囊藻毒素-LR （MC-LR），基于 Ir（ppy）3 功能化沸石咪唑酸盐框架-8 （Ir-ZIF-8） 作为 ECL 发射器，CRISPR-Cas12a 的反式切割活性作为方法学策略。Ir-ZIF-8 是一种功能性金属有机框架 （MOF），通过将 Ir（ppy）3 封装到 ZIF-8 的介孔中，表现出空间域限制效应，而 ZIF-8 的孔隙率和高度有序的拓扑结构有效地限制了 Ir（ppy）3 的分子运动。采用 CRISPR-Cas12a 不加区分地切割用羧基四甲基罗丹明 （TAMRA） 装饰的双链 DNA，通过共振能量转移淬灭 Ir-ZIF-8 的 ECL 信号，然后将淬灭剂与 Ir-ZIF-8 分离以重新激活信号。MC-LR 的浓度设计为与淬灭基团的量和 Cas12a 的活性相关。然后，构建两个用于 MC-LR 检测的线性回归方程以提高生物传感器的准确性，构建的生物传感器表现出显著的重现性、稳定性和选择性。TAMRA 的高淬灭效率和可编辑 CRISPR-Cas12a 系统的有效切割能力使 MC-LR 的准确检测成为可能，检测限为 1.2 和 5.9 pg/mL。
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