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可裂解硫代磷酸核糖核酸(PS-RNA)修饰的自组装生物探针用于Hg2+的快速、高灵敏检测
发布时间:2021-09-06     作者:axc   分享到:

可裂解硫代磷酸核糖核酸(PS-RNA)修饰的自组装生物探针用于Hg2+的快速、高灵敏检测

 本文报导了一种对Hg2+敏感的硫代磷酸核糖核酸(PS-RNA)修饰的分子信标。这种分子信标将PS-RNA连接整合到DNA发夹结构中。一个荧光团和一个猝灭剂被标记在这个DNA发夹的两端,并产生一个被抑制的信号。由于其极强的亲硫性,Hg2+有效地切割PS-RNA连接,促进DNA发夹结构解离,并分离荧光团与猝灭剂以增强荧光。该方法对Hg2+有很好的特异性,反应进行得很快。

在本文中,我们利用一种可裂解PS-RNA修饰的自组装生物探针(图1),利用均相光化学发光分析来检测Hg2+。探针将供体和受体微珠连接起来,并在615 nm处发出荧光。在Hg2+存在下,探针被裂解,微珠再次分散。因此,功能微珠和PS-RNA修饰探针的连接状态反映了Hg2+的浓度,并导致一定程度的荧光发射。该传感器对Hg2+显示出较好的选择性和灵敏度。

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Hg2+检测的可行性

为了验证该传感器检测Hg2+的可行性,我们引入ESI-MS来表征MS-P3对Hg2+的响应。原始基质质量为4388.31,图2A中用红色数字标记的一系列峰值代表原始质荷比分布。用Hg2+处理后,可以观察到这些原始底物峰以及产物峰的变化。每个产物峰的变化不同,表明每个裂解位点与Hg2+的反应能力不同,证实了探针对Hg2+存在响应。接着,我们通过均相分析检测了该传感器的效果。将“Hg2+”组(含有不同浓度Hg2+样品、探针和微珠)与“Blank”组和“None”组进行比较。如图3A所示,“Blank”组产生的信号几乎是“None”组的25倍,这证实了微珠被探针结合。浓度不同的Hg2+样品信号强度减弱,但未达到“None”组的水平。在10 nM至1μM的浓度范围内,随着Hg2+浓度的增加,荧光信号逐步减弱。这一结果证实,使用该生物传感器在均相分析中检测Hg2+是完全可行的。尽管Hg2+浓度为1μM,但探针并未完全断裂。如果每个裂解位点的裂解是独立的,Hg2+浓度较高,PS-RNA裂解位点增多可产生更高的产率。为了证实这一推测,我们设计了两个具有不同裂解位点的探针:P1(仅一个裂解位点)和P3(包括三个裂解位点),在相同条件下进行分析(图3B)。P1和P3在低Hg2+浓度下对Hg2+均有反应。当Hg2+浓度高于100 nM时,P3的荧光信号大幅度减弱。序列越短,分子与微珠碰撞的概率越大。为了更显著地显示Hg2+和探针的作用,我们选择P3进行后续研究。

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Hg2+检测的灵敏度和选择性

在良好的条件下,我们用不同浓度的Hg2+对该探针进行传感性能检测。预处理剂和超纯水的空白组荧光强度高,稳定性好。然而,在Hg2+浓度不同的样品中,荧光强度降低并不明显。尽管探针被Hg2+切割,但供体微珠和受体微珠没有很好地重新分散。因此,在测试前,我们对每种混合物进行了超声波处理。因此,在5nM至5μM的线性范围内,随着Hg2+浓度增加,荧光强度线性降低。Hg2+的线性校准曲线如图4A所示,检测限(LOD)为1.4nM。接着,我们进行了干扰离子研究。如图4B所示,除Ag+外,其它金属离子的荧光信号略有降低。Ag+具有较强的亲硫性,能切割探针;然而,在存在Hg2+的情况下,这种效应并不显著。与其他金属离子相比,该体系对Hg2+具有优良的特异性。

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综上所述,我们开发了一种均质自组装生物传感器,用于检测水溶液中Hg2+。用PS-RNA探针连接供体微珠和受体微珠,并发生光致化学发光。Hg2+的传感策略基于PS-RNA切割位点和Hg2+之间的切割反应引起的微珠分离。由于LOD较低,可以忽略其他金属离子的干扰,因此该传感器对Hg2+的检测具有良好的灵敏度和选择性。此外,使用预处理试剂,检测过程缩短为三个步骤:混合、超声处理和检测。考虑到检测限低、操作简单和快速检测,这种均质自组装生物传感器有望在非极端条件下快速检测环境水体中Hg2+。


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