基于共轭聚合物的核酸生物传感器的应用

共轭聚合物的π电子体系及共轭离域结构,使其具有良好的发光性能。聚合物链可充当“分子导线”,能够成倍放大光学信号,从而有效提高检测灵敏度。而核酸适体(aptamer)在特异性、与靶物质亲合力、信号传导方面比其他识别元件具有更大的优势,因此共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面得到了迅速发展。本文主要总结了近年来共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面的应用,并进一步对该类型传感器的发展趋势作出了展望。     

基于水溶性共轭聚合物分子刷的肿瘤标志物快速检测

以水溶性聚对苯撑乙炔分子刷(PPEB)为传感材料,荧光素标记的多肽为识别探针,设计了一种可实现肿瘤标志物快速、灵敏检测的蛋白质传感器。PPEB的刷状结构带有大量正电荷,与带负电荷的多肽形成静电复合物,使能量供体(PPEB)与受体(荧光素)之间的距离较近,发生高效荧光共振能量转移(FRET)。当多肽探针被前列腺特异性抗原(PSA)识别并切割为更小的寡肽片段时,由于肽段所带电荷量和等电点的变化,其与PPEB之间的静电作用减弱,能量供体和受体之间的距离增大,FRET效率降低。该传感器对PSA的检测可在40min内完成,具有良好的特异性和灵敏度。     

基于阳离子型共轭聚合物和核酸适体的腺苷检测新方法

建立了一种基于阳离子型共轭聚合物和核酸适体的腺苷检测新方法. 荧光素修饰的短链DNA与腺苷的核酸适体部分互补, 形成双链DNA; 阳离子型共轭聚合物通过静电作用与双链DNA结合, 发生高效率的荧光共振能量转移(FRET). 加入腺苷后, 腺苷与核酸适体发生特异性结合, 导致双链DNA分解成单链, 使静电吸引力下降, 能量转移效率降低. 通过阳离子型共轭聚合物对单双链DNA的高效识别, 可快速简易地检测出腺苷.     

基于阳离子型共轭聚合物和核酸适配体的高灵敏铅离子快速检测方法

建立了基于主链含芴的阳离子型对芳撑乙炔衍生物(poly{[9,9-bis(6’-(N,N,N-diethylmethyl ammonium) hexyl)-2,7-fluorenyleneethynylene]-alt-co-[2,5-bis(3 '-(N,N,N-diethylmethylammonium)-1’-oxapropyl)-1,4-phenylene] tetraiodide},PFEP)和核酸适配体快速检测Pb2+的新方法.使用选择性更高的核酸适配体序列,有效降低了Hg2+对Pb2+检测的干扰,提高了检测的选择性和灵敏度.用于识别Pb2+的核酸探针(TBAA)末端月用荧光素标记(5’-6-FAM-GGAAGGTGTGGAAGG-3’).当其与pb2+发生特异性结合时,形成电荷密度高于单链DNA的G-四链体结构,与PFEP之间的静电作用增强,使能量供体(聚合物)与受体(荧光素)之间的距离拉近,发生更高效的荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energytransfer,FRET).其它金属离子由于不能和TBAA结合,且金属离子本身对聚合物和荧光素的荧光有一定程度的猝灭,因此其FRET信号远低于空白对照.本方法快速、灵敏,几分钟内即可完成检测,常见金属离子均不干扰检测.对湖水中Pb2+的检测限为1 nmol/L,远低于饮用水国家标准中对Pb2+浓度的限量标准.本方法为水中Pb2+的检测提供了一种简便、快速、高效的新方法.     

基于阳离子荧光共轭聚合物和核酸适体探针的蛋白质检测新方法

以核酸适体为识别分子, 阳离子荧光共轭聚合物为报告分子, 建立了一种蛋白质检测新方法. 修饰有荧光熄灭基团的核酸适体探针通过静电作用与阳离子荧光共轭聚合物结合, 导致后者荧光熄灭. 当加入靶蛋白后, 核酸适体探针与其特异性结合, 荧光熄灭基团与阳离子荧光共轭聚合物远离, 聚合物荧光信号得以恢复. 实验结果表明, 荧光恢复程度与靶蛋白的浓度正相关. 采用该方法检测凝血酶的线性范围为17～40 nmol/L.     

水溶性共轭聚合物分子刷的研究进展

水溶性共轭聚合物研究属于国际前沿研究领域,因其具有水溶性和超级信号放大作用,在生物传感领域展现出良好的应用前景.但由于传统水溶性线型共轭高分子两亲性结构特点,其含有的憎水性刚性共轭链在水溶液中易聚集,水分子对共轭链激发态的影响导致其发光效率低(一般小于30%),严重制约了其应用与拓展.如何方便有效构筑高分子的高支化是获得高荧光效率的关键.在本篇综述中,我们综述了水溶性共轭聚合物分子刷的合成技术,分析了其结构与光学性质的关系,为水溶性共轭聚合物分子刷的设计和制备提供指导.另外,总结了水溶性共轭聚合物分子刷在化学生物传感、生物成像、药物运输、癌症治疗等领域的应用,最后对水溶性共轭聚合物分子刷存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望!     

高灵敏共轭聚合物化学传感器

金属离子和化学小分子的检测在人类健康、环境污染以及食品安全等领域具有重要意义,科学工作者们已经在设计、发展高灵敏化学传感器方面进行了大量研究。在过去的几十年里,共轭聚合物由于其卓越的光电性质,引起了人们极大的关注,并取得了众多革命性科技进展。最近,利用共轭聚合物的荧光信号放大机制,人们设计、发展了一系列新型的化学和生物传感体系。共轭聚合物的信号传感机制包括电子转移,荧光共振能量转移以及共轭聚合物聚集或构象改变。本文主要介绍我们实验室在利用共轭聚合物实现金属离子和化学小分子荧光检测方面取得的进展,并对未来发展方向与面临的挑战进行了讨论。     

基于无标记的核酸适配体荧光生物传感器检测凝血酶

设计了一个简单、通用、基于核酸适配体无标记的高敏感、高专一检测凝血酶的荧光方法。以无标记凝血酶核酸适配体单链DNA为识别元素,Pico Green染料传导互补双链的荧光信号。Pico Green是一种不对称菁,当其单独存在时不产生荧光信号,而当其被吸附到互补的双链DNA上时,可产生很强的荧光信号,但被吸附到单链DNA上时,却无明显的信号改变。基于该性质,将其用于凝血酶的检测。该方法对凝血酶的响应线性范围为1.0×10~(-14)~1.0×10~(-7)mol/L,相关系数(r~2)为0.99,检出限为1.0×10~(-14)mol/L。1.0×10~(-8)mol/L两种干扰物质(牛血清蛋白和细胞色素C)的存在不影响凝血酶的检测,表明该方法对凝血酶具有非常好的专一性。该方法成功应用于对人血清样品的检测,其平均回收率为97%~102%。方法可简单、灵敏、特异性地检测凝血酶,有望用于医学临床诊断等领域。     

共轭聚合物为基础的荧光传感器

近年来,借助共轭聚合物的荧光发射与淬灭过程开发化学与生物传感技术成为倍受关注并获得迅速发展的研究领域。由于共轭聚合物能够沿分子链进行能量和电荷传导,从而产生信号放大现象,这类传感器通常都具有较高的灵敏度。本文主要通过对几种具有代表性的此类化学/生物传感器的举例说明,概述荧光共轭聚合物的传感机理,并简要介绍这一领域的发展状况。     

水溶性荧光共轭聚合物在检测出血热病毒中的应用

利用出血热病毒抗体-L133/抗原-EHF对水溶性荧光共轭聚合物聚(5-甲氧基-2-(3-磺酰化)丙氧基-1,4-对苯撑乙烯), (简写为MPS-PPV)荧光的增强/猝灭作用、抗原-EHF与抗体-L133之间的特异性相互作用及作用前后荧光强度的变化, 建立了一种基于水溶性荧光共轭聚合物荧光猝灭可逆的高灵敏、均相免疫测定新方法, 实现了出血热病毒抗 原-EHF的快速、灵敏检测, 检测抗原-EHF的线性范围是4.8×10^－9～5.0×10^－8 mol/L, 检出限为1.7×10^－9 mol/L. 实验表明, 生物分子对聚合物的荧光增强或猝灭不仅是静电作用, 而且还表现为聚合物形态构造的变化.     

Surfactant Effect on Energy Transfer between Cationic Conjugated Polymer and Dye-Labeled Oligonucleotide

We report a convenient and effective method to enhance the signal output of dye-labeled oligonucleotide sensitized by cationic conjugated polymers (CCP). Sodium dodecyl sulphate (SDS) is utilized to regulate the interaction between CCP and dye-labeled single-stranded DNA in order to reduce the dye self-quenching within the CCP/DNA complexes. Improvement of CCP-sensitized dye emissison in the presence of SDS relative to that in the absence of SDS is observed, which reveals the importance of reducing CCP charge density in improving the energy transfer from CCP to dye-labeled probes.     

基于共轭高分子材料的光学生物传感器

以聚芴、聚噻吩、聚乙炔为典型代表的共轭导电高分子材料,是作为传感元件进行光、电信号传导的优异材料,目前已成为生物传感器领域研究的热点。基于不同类型,不同性质的共轭高分子所设计的传感策略特色各异,功能也不尽相同,例如,利用共轭高分子可以与某些电子/能量受体之间发生电子/能量转移的特点,可以使传感器的检测信号得到数百万倍的放大,从而极大地提高检测的灵敏度;利用共轭高分子的光学性质随构象变化而变化的特点,则可以实现对靶介导的生物分子的构象或结构转变的检测。本文对各种基于不同传感策略的共轭高分子光学生物传感器研究进行了综述,并对该领域的发展前景进行了展望。     

基于阳离子型共轭聚合物与酶底物探针的磷酸酯酶检测新方法

建立了一种基于阳离子型共轭聚合物与酶底物探针的磷酸酯酶检测新方法. 阳离子型共轭聚合物通过静电吸引与荧光素修饰的带负电荷的三磷酸腺苷结合, 并发生荧光能量共振转移; 当加入磷酸酯酶时, 它可以催化底物三磷酸腺苷上的磷酸酯基团逐渐水解, 得到不带电荷的腺苷, 从而使阳离子型共轭聚合物得以释放, 能量转移效率下降. 实验结果表明, 能量转移效率下降的程度与酶的浓度相关. 该方法操作简单, 响应速度快, 灵敏度高, 易于扩展至其它能催化底物电荷密度变化的酶的检测, 而且还有望应用于对酶具有抑制作用的药物分子的筛选.     

基于共轭高分子复合物能量转移的非标记DNA检测

非标记DNA检测是一种高灵敏度、高选择性的DNA检测方法, 具有重要的科学和社会意义. 本文采用交叉偶联法制备了水溶性阳离子共轭聚合物: 聚(9,9-双(6'-N,N,N-三甲胺盐-己烷基)-芴亚苯基)(PFP); 利用氧化加成聚合反应制备了水溶性阴离子共轭聚合物: 聚(3-噻吩乙酸钠)(P3TSA). 通过核磁共振氢谱(¹H NMR)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)等对其结构进行了表征. PFP与P3TSA通过静电相互作用形成稳定的高分子复合物. 利用紫外-可见光谱(UV-vis)和荧光发射光谱证明共轭高分子复合物能够发生能量转移. 保持PFP的浓度不变, 高分子复合物能量转移效率(ETEF)随着P3TSA浓度的增加而逐渐增大. 选取ETEF较高的样品, 考察了DNA探针用量对高分子复合物ETEF的影响. 随着DNA探针浓度的增加, ETEF逐渐减弱. 最后, 利用0.2 nmol DNA探针进行了DNA杂交配对检测. 实验结果表明, 这种检测方法可以明显区分完全互补配对、双碱基错配和非完全互补配对的目标DNA. 简而言之, 我们成功发展了一种基于共轭高分子复合物能量转移、具有高选择性的非标记DNA检测方法.     

基于纳米材料、聚电解质制备高性能乙醇生物传感器

以明胶包埋法作为乙醇氧化酶(AOX)的酶固定化方法,在比较多壁纳米碳管(MWCNTs)、纳米金、纳米氧化铁3种纳米材料的基础上,选择加入增效最明显的多壁纳米碳管提高灵敏度,在电极表面自组装聚丙烯胺盐酸盐/聚磺化乙烯硫酸盐(PAA/PVS)膜提高抗干扰性,制备出一种高灵敏度抗干扰性电流型乙醇生物传感器(Pt/(PAA/PVS)2PAA-MWCNTs/AOX)。本传感器灵敏度为1.04μA/(mmol/L),在2.5×10-5~2.5×10-3mol/L浓度范围内呈良好线性关系,线性方程为:I(μA)=0.2199 1.0400C(乙醇,mmol/L),r=0.9939;检出限为2.5×10-5mol/L;RSD<5%,稳定性好、抗干扰能力强。     

Homogeneous Detection of Trypsin in Protein Mixtures Based on Fluorescence Resonance Energy Transfer between Anionic Conjugated Polymer and Fluorescent Probe

Herein we describe a novel and simple conjugated polymer‐fluorescent probe based platform for trypsin detection from protein mixtures in homogeneous solution. This platform takes advantage of specific interaction between the probe and the active site of trypsin and the electrostatic interaction between the polymer and the protein to mediate energy transfer between the polymer and the probe. This method does not require any separation steps, which should facilitate high‐throughput protease screening and drug discovery.

     

高灵敏选择性检测凝血酶的适体纳米银共振散射光谱探针

采用四氢硼钠制备了较稳定的纳米银,并用凝血酶(TB)适体修饰纳米银制各了识别凝血酶的适体纳米银探针.在pH 7.0的Tris-HCl缓冲溶液及KCl存在下,适体纳米银探针与凝血酶特异结合生成G-四分体和纳米银聚集体,导致体系在480 nm处的共振散射峰增强.随着凝血酶浓度的增大,生成的纳米银聚集体越多,共振散射强度线性...