复杂样品中核酸和蛋白质的准确检测对于疾病的早期诊断和致病机理的研究均具有重要意义。近年来，荧光探针被广泛应用于核酸和蛋白质的检测。但是，依赖单一信号发展的荧光探针的荧光发射强度容易受到激发光稳定性和杂质光散射等因素的影响，在应用于尿液和血清等复杂样品的定量检测时具有一定的局限性。相比较而言，比率荧光探针基于两个波长下荧光强度的比值进行定量分析，自校准能力强，准确度更高。然而，目前可用于蛋白质和核酸检测的比率荧光探针的种类却非常有限。
图1. Ru(bpy)3-SiO2@PDA比率荧光探针识别核酸和凝血酶的工作原理示意图。
大连理工大学吴硕教授课题组制备了一种核壳结构的Ru(bpy)3-SiO2@聚多巴胺（Ru(bpy)3-SiO2@PDA）纳米球，并探讨了其作为通用型比率荧光检测平台的可能性。作者选用FAM标记的凝血酶适配体和核酸捕获探针作为模型识别探针，将它们通过核酸辅助链组装到Ru-SiO2@PDA表面，并观察了探针在与凝血酶或目标核酸作用后比率荧光强度的变化。如图1所示，Ru-SiO2@PDA界面修饰的核酸探针为颈环结构，将其修饰到Ru-SiO2@PDA表面后，其所携带的FAM与PDA的距离很近，FAM特征性的绿色荧光几乎全部被焠灭，系统仅能观察到Ru(bpy)3的红色荧光。而当目标核酸序列或凝血酶与探针结合后，颈环结构发生转变，FAM远离Ru(bpy)3-SiO2@PDA表面，绿色荧光得以恢复。在这一过程中，Ru(bpy)3的红色荧光始终保持不变，FAM/Ru(bpy)3荧光比率信号的改变与目标核酸和凝血酶等蛋白质的含量正相关。
作为一种比率型的荧光检测平台，Ru(bpy)3-SiO2@PDA具有许多独特的优势，如：粒径均一，内核包覆的Ru(bpy)3荧光发射稳定，抗光漂白能力强，在长达55天的时间周期内无荧光团泄露现象，且内标物的荧光强度可以通过掺杂的Ru(bpy)3的含量进行调节。Ru(bpy)3-SiO2@PDA的外表面富含苯环、羟基、氨基等官能团，可以通过π-π相互作用、Micheal加成、氢键、共价键合等多种方式与核酸、蛋白以及其它分子探针进行组装，对荧光团具有距离依赖的荧光猝灭能力，而且对接近其表面的不同荧光团，如：AMCA（激发波长365 nm，发射波长462 nm），FAM（激发波长480 nm，发射波长524 nm），TAMRA（激发波长535 nm，发射波长586 nm）和 Cy5 （激发波长625 nm，发射波长674 nm）都表现出了极强的焠灭效率（>98%）。这些特性使Ru(bpy)3-SiO2@PDA具有与不同识别基团进行组装，同时搭配不同荧光团进行比率信号输出的可能性，在蛋白质和核酸等重要生理病理物质的荧光比率检测方面具有通用性。
图2. Ru(bpy)3-SiO2@PDA的透射电镜（A）、粒径分布（B）和不同Ru(bpy)3掺杂量的荧光发射光谱（C）。
值得一提的是，核酸探针与Ru(bpy)3-SiO2@PDA简单混合后即可稳定存在于纳米复合材料的表面，不仅可以在尿液和血清等复杂实际样品中稳定存在，而且不受加入的高浓度的盐、白蛋白和核酸酶的影响。
工作发表在分析化学领域的权威期刊Analytical Chemistry 上，博士生邓寻浔是该工作的第一作者，通讯作者是吴硕教授。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（21675018）的支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Ratiometric Detection of DNA and Protein in Serum by a Universal Tripyridinyl RuII Complex–Encapsulated SiO2@Polydopamine Fluorescence Nanoplatform
Xunxun Deng, Shuo Wu*, Zhipeng Li, Yanqiu Zhao, Chunying Duan
Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c03306
导师介绍
吴硕
https://www.x-mol.com/university/faculty/9217
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