江苏大学张祯Anal. Chem.：基于MOFs与核酸相互作用的DNA探针用于生物传感！

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研究内容

将DNA探针吸附到纳米材料上是一种很有前途的生物测定策略，通常使用荧光或催化活性来产生信号。尽管重要，但目前对建立在纳米材料-DNA相互作用基础上的传感行为缺乏系统的理解，极大地限制了合理的方法设计及其后续应用。
江苏大学张祯教授课题组通过使用多功能金属有机框架（MOFs）（FeTCPP⊂UiO-66）作为模型来研究MOFs-DNA相互作用，主要通过将血红素样配体FeTCPP整合到常用的MOFs（UiO-66）中来合成。结果表明，吸附在FeTCPP⊂UiO-66上的荧光标记DNA通过光诱导电子转移、荧光共振能量转移和内部过滤效应被猝灭。基于此设计了一种针对黄曲霉毒素B1的荧光/比色双模检测方法，获得了令人满意的检测性能。相关工作以“Insight into the Sensing Behavior of DNA Probes Based on MOF-Nucleic Acid Interaction for Bioanalysis”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1. 在不同的DNA结构中，FAM标记的ssDNA和发夹DNA可以紧密地吸附在FeTCPP⊂UiO-66上，并伴随着通过PET、FRET和IFE的荧光猝灭。然而，粘端dsDNA和适体-靶标结合也被FeTCPP⊂UiO-66吸附，这阻碍了响应靶标刺激的荧光信号的产生。相比之下，HCR产生的长dsDNA在FeTCPP⊂UiO-66猝灭中可以很大程度上保留荧光，这可以用于信号放大。
要点2. DNA探针的结构依赖性吸附行为也影响了FeTCPP⊂UiO-66的过氧化物酶样活性。得益于其柔性结构和与FeTCPP⊂UiO-66的强大相互作用力，ssDNA可以通过阻断底物的可及性来最大限度地抑制FeTCPP⊂UiO-66的活性。这种抑制强烈依赖于链长，但与碱基组成无关。
要点3. 作者建立了一种用于快速、高灵敏度检测黄曲霉毒素B1（AFB1）的双模生物传感器，其中两个信号的相互验证用于克服环境干扰。
该研究对DNA探针在纳米材料上的吸附行为提出了一些新的概念，表明基于MOFs-DNA相互作用构建生物传感器具有很好的应用前景。

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研究图文

图1.（A）FeTCPP⊂UiO-66合成过程的示意图。（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。图2.（A）FeTCPP⊂UiO-66对FAM荧光猝灭的机制。（B）FAM染料和FeTCPP⊂UiO-66的能级。（C）FAM的激发和发射光谱以及FeTCPP⊂UiO-66的吸收光谱。（D）FeTCPP⊂UiO-66存在或不存在下不同DNA结构的荧光光谱。（E）吸附有FAM标记的（a）发夹DNA和（b）HCR产物的FeTCPP⊂UiO-66的共聚焦显微镜图像。左栏表示亮场图像，中栏表示荧光图像，右栏表示左栏和中栏的合并图像，所有比例尺均为2 μm。（F）在FeTCPP⊂UiO-66猝灭下HCR产物的荧光保留方案。（G）吸附在FeTCPP⊂UiO-66上的FAM适体的“开启”荧光信号的方案（a）通过靶杂交诱导的探针释放以及（b）基于不同DNA结构的不同吸附亲和力。（H）FAM适体通过“预混合”和“后混合”方案的相对荧光强度。图3.（A）吸附的DNA阻断过氧化物酶底物对FeTCPP⊂UiO-66表面的可及性的示意图。（B）吸附的DNA对FeTCPP⊂UiO-66对用H2O2（C-H）氧化ABTS和TMB的催化活性的影响。（C-H）ABTS和TMB反应溶液在裸露或不同DNA处理的FeTCP⊂UiO-66存在下的典型紫外-可见吸收光谱和照片（插图）。（I）（a）裸露的FeTCPP⊂UiO-66，（b）ssDNA处理的FeTCPP⊂UiO-66,（c）发夹状DNA处理的FeTCPP⊂UiO-66，（d）粘端dsDNA处理的FeTCPP⊂UiO-66，（e）dsDNA处理的FeTCPP⊂UiO-66和（f）HCR产物处理的FeTCPP⊂UiO-66对ABTS和TMB氧化的相对活性。（J）在不同浓度的ssDNA存在下，FeTCPP⊂UiO-66对ABTS（绿点）和TMB（蓝点）氧化的催化活性。（K）用300 nM ssDNA处理不同浓度的FeTCPP⊂UiO-66的活性。图4.（A）基于MOF-DNA相互作用的AFB1检测双模传感策略的示意图。（B）传感器的紫外-可见吸收光谱对0至324.0 nM的不同浓度的AFB1作出响应。（C）418 nm处的吸光度与AFB1浓度在1.0至144.0 nm范围内的线性关系。（D）分析平台的荧光光谱对0至259.2 nM的不同浓度的AFB1作出响应。（E）520 nm处的荧光强度与AFB1浓度在0.1至259.2 nM范围内的线性关系。

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文献详情

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*Anal. Chem.DOI: 10.1021/acs.analchem.3c00832