將DNA探針吸附到納米材料上是一種很有前途的生物測定策略，通常使用熒光或催化活性來產生信號。盡管重要，但目前對建立在納米材料-DNA相互作用基礎上的傳感行為缺乏系統(tǒng)的理解，極大地限制了合理的方法設計及其后續(xù)應用。江蘇大學張禎教授課題組通過使用多功能金屬有機框架（MOFs）（FeTCPP?UiO-66）作為模型來研究MOFs-DNA相互作用，主要通過將血紅素樣配體FeTCPP整合到常用的MOFs（UiO-66）中來合成。結果表明，吸附在FeTCPP?UiO-66上的熒光標記DNA通過光誘導電子轉移、熒光共振能量轉移和內部過濾效應被猝滅?；诖嗽O計了一種針對黃曲霉毒素B1的熒光/比色雙模檢測方法，獲得了令人滿意的檢測性能。相關工作以“Insight into the Sensing Behavior of DNA Probes Based on MOF-Nucleic
Acid Interaction for Bioanalysis”為題發(fā)表在國際著名期刊Analytical
Chemistry上。要點1. 在不同的DNA結構中，FAM標記的ssDNA和發(fā)夾DNA可以緊密地吸附在FeTCPP?UiO-66上，并伴隨著通過PET、FRET和IFE的熒光猝滅。然而，粘端dsDNA和適體-靶標結合也被FeTCPP?UiO-66吸附，這阻礙了響應靶標刺激的熒光信號的產生。相比之下，HCR產生的長dsDNA在FeTCPP?UiO-66猝滅中可以很大程度上保留熒光，這可以用于信號放大。要點2. DNA探針的結構依賴性吸附行為也影響了FeTCPP?UiO-66的過氧化物酶樣活性。得益于其柔性結構和與FeTCPP?UiO-66的強大相互作用力，ssDNA可以通過阻斷底物的可及性來最大限度地抑制FeTCPP?UiO-66的活性。這種抑制強烈依賴于鏈長，但與堿基組成無關。要點3. 作者建立了一種用于快速、高靈敏度檢測黃曲霉毒素B1（AFB1）的雙模生物傳感器，其中兩個信號的相互驗證用于克服環(huán)境干擾。該研究對DNA探針在納米材料上的吸附行為提出了一些新的概念，表明基于MOFs-DNA相互作用構建生物傳感器具有很好的應用前景。圖1.（A）FeTCPP?UiO-66合成過程的示意圖。（C）FeTCPP?UiO-66的TEM。（D）FeTCPP?UiO-66的XRD。（E）FeTCPP和FeTCPP?UiO-66的FTIR。FeTCPP?UiO-66的（F）Fe 2p和（G）Zr 3d的（F，G）高分辨率XPS。圖2.（A）FeTCPP?UiO-66對FAM熒光猝滅的機制。（B）FAM染料和FeTCPP?UiO-66的能級。（C）FAM的激發(fā)和發(fā)射光譜以及FeTCPP?UiO-66的吸收光譜。（D）FeTCPP?UiO-66存在或不存在下不同DNA結構的熒光光譜。（E）吸附有FAM標記的（a）發(fā)夾DNA和（b）HCR產物的FeTCPP?UiO-66的共聚焦顯微鏡圖像。左欄表示亮場圖像，中欄表示熒光圖像，右欄表示左欄和中欄的合并圖像，所有比例尺均為2 μm。（F）在FeTCPP?UiO-66猝滅下HCR產物的熒光保留方案。（G）吸附在FeTCPP?UiO-66上的FAM適體的“開啟”熒光信號的方案（a）通過靶雜交誘導的探針釋放以及（b）基于不同DNA結構的不同吸附親和力。（H）FAM適體通過“預混合”和“后混合”方案的相對熒光強度。圖3.（A）吸附的DNA阻斷過氧化物酶底物對FeTCPP?UiO-66表面的可及性的示意圖。（B）吸附的DNA對FeTCPP?UiO-66對用H2O2（C-H）氧化ABTS和TMB的催化活性的影響。（C-H）ABTS和TMB反應溶液在裸露或不同DNA處理的FeTCP?UiO-66存在下的典型紫外-可見吸收光譜和照片（插圖）。（I）（a）裸露的FeTCPP?UiO-66，（b）ssDNA處理的FeTCPP?UiO-66,（c）發(fā)夾狀DNA處理的FeTCPP?UiO-66，（d）粘端dsDNA處理的FeTCPP?UiO-66，（e）dsDNA處理的FeTCPP?UiO-66和（f）HCR產物處理的FeTCPP?UiO-66對ABTS和TMB氧化的相對活性。（J）在不同濃度的ssDNA存在下，FeTCPP?UiO-66對ABTS（綠點）和TMB（藍點）氧化的催化活性。（K）用300 nM ssDNA處理不同濃度的FeTCPP?UiO-66的活性。圖4.（A）基于MOF-DNA相互作用的AFB1檢測雙模傳感策略的示意圖。（B）傳感器的紫外-可見吸收光譜對0至324.0 nM的不同濃度的AFB1作出響應。（C）418 nm處的吸光度與AFB1濃度在1.0至144.0 nm范圍內的線性關系。（D）分析平臺的熒光光譜對0至259.2 nM的不同濃度的AFB1作出響應。（E）520 nm處的熒光強度與AFB1濃度在0.1至259.2 nM范圍內的線性關系。Insight
into the Sensing Behavior of DNA Probes Based on MOF-Nucleic Acid Interaction
for Bioanalysis
Dinghui Xiong, Jie Cheng, Fengxiang Ai,
Xinyu Wang, Jiaxuan Xiao, Fang Zhu, Kun Zeng, Kun Wang, Zhen Zhang*DOI: 10.1021/acs.analchem.3c00832
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