ACS Appl. Bio Mater. 封面 | 基于三螺旋DNA和杂交链式反应的高灵敏上转换荧光传感用于双酚A检测

双酚A(Bisphenol A, BPA)通常在工业上用作合成诸如聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)和环氧树脂的材料。每年,全球生产2700万吨含BPA的塑料。BPA可破坏人体的稳定性和调节功能。

英文原题: Sensitive Fluorescence Aptasensor Based on Hybridization Chain Reaction with Upconversion Nanoparticles by Triplex DNA Formation for Bisphenol A Detection

通讯作者: Zhixian Gao (高志贤), Tianjin Institute of Environmental and Operational Medicine, China

作者: Yu Wang (王瑜), Xudong Zhao (赵旭东), Bingyang Huo (霍冰洋), Shuyue Ren (任舒悦), Jialei Bai (白家磊), Yuan Peng (彭媛), Shuang Li (李双), Dianpeng Han (韩殿鹏), Jiang Wang (王江), Tie Han (韩铁), Zhixian Gao (高志贤)

双酚A(Bisphenol A, BPA)通常在工业上用作合成诸如聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)和环氧树脂的材料。每年,全球生产2700万吨含BPA的塑料。BPA可破坏人体的稳定性和调节功能。长期接触此类物质会对人体造成毒性和致癌作用。美国,欧盟,加拿大和挪威已禁止使用BPA。因此,具有高灵敏度,宽检测范围,简单操作和低背景信号的BPA检测方法受到广泛关注。本研究主要是建立一个基于三螺旋DNA结合HCR的适配体检测方法(TS-HCR-UCNPs),用于高效检测BPA。适配体(Apt)被选择作为抗体替代物识别BPA,克服了小分子抗体在制备过程中耗时且复杂的问题。BPA和互补链(cDNA)竞争结合适配体,并通过磁分离得到未结合的cDNA。cDNA充当引物以启动HCR以形成dsDNA,它与UCNPs-T可形成三螺旋结构,使UCNPs与Dabcyl之间的距离变近。Dabycl的吸收峰为478 nm。当距离足够近时,它可以有效地淬灭UCNPs在483 nm发射的荧光。基于TS-HCR-UCNPs的检测方法不仅可以放大信号和降低背景值,而且具有良好的特异性和简单的操作过程。同时,该方法具有较好的生物相容性,为其在其他领域上的应用提供了无限可能。

材料表征发现UCNPs是球形的并且均匀分散,粒径均一,大约为30 nm。当UCNPs-T和HCR扩增产物形成三螺旋结构后,可以明显看到UCNPs聚集在一起,它们之间的距离被拉近,并且粒径约为320 nm。UCNPs和TS-HCR-UCNPs通过动态光散射分析仪(DLS)测量得到的粒径值分别为32.6 nm和399.8 nm,这个结果与通过TEM测量的粒径大小几乎一致。

图1. UCNPs聚集前后的形貌和粒径表征图:(a) UCNPs的TEM图, (b) 形成三螺旋结构的TS-HCR-UCNPs的TEM图 (比例尺: 50 nm), (c) DLS测量的UCNPs的平均粒径, (d) DLS测量的三螺旋结构TS-HCR-UCNPs的平均粒径。

凝胶电泳鉴定结果表明H1和H2在一起时几乎没有非特异性杂交,HCR恒温扩增反应仅在cDNA存在下发生。当cDNA存在时,凝胶图像上出现了新的扩增条带,证明cDNA确实可以特异性的引发HCR扩增。

图2. (a) HCR的琼脂糖凝胶电泳图像, M1: 50 bp marker, M2: 100 bp marker, 1: H1, 2: H2, 3: H1+H2, 4-7: H1+H2+H0 (0.5、1、2、4  μM); (b) BPA与适配体结合的圆二色谱图。

通过检测不同浓度的BPA(0.08、0.2、0.8、4、40、400、1200 ng/mL),当BPA浓度过高时,荧光值得淬灭会逐渐达到一个平台,变化不再明显;而当BPA浓度过低时,该方法的荧光信号很难对其有明显的响应,无法达到定量检测的目的。因此,当浓度范围为0.08 – 1200 ng/mL时,BPA浓度与△F之间存在良好的线性关系。线性方程为:△F = 305.03lgC + 389.37 (R2 = 0.998),检出限为0.057 ng/mL (S/N = 3)。△F = F0 – F,其中F0是初始荧光强度,F是在BPA存在下的荧光强度。这种方法比实验室之前基于UCNPs和金纳米颗粒之间的FRET检测BPA的方法[1]的灵敏度提高了25倍,证明TS-HCR体系确实能有效提高检测BPA的灵敏度。

图3. TS-HCR-UCNPs方法检测不同浓度BPA对应荧光光谱 (a)和标准曲线 (b)。

本研究的相关结果作为 (内页) 封面文章已发表于 ACS Applied Bio Materials, Volume 4, Issue 1。本项目得到了国家自然科学基金(81973050)和国家重点研发计划(2017YFF0211202)的支持。参考文献:[1] Li, Q.F.; Ren, S.Y.; Wang, Y.; Bai, J.L.; Peng, Y.; Ning, B.A.; Gao, Z.X. Efficient Detection of Environmental Estrogens Bisphenol A and Estradiol by Sensing System Based on AuNP-AuNP-UCNP Triple Structure. Chinese Journal of Analytical Chemistry 2018, 46(4), 486-492.

文章来源:ACS美国化学会

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