电致化学发光（Electrochemiluminescence，ECL）是在化学发光基础上发展起来的一种新的分析方法，是化学发光与电化学技术相互渗透的产物，具有灵敏度高、背景噪声小、动态响应范围广、可控性强等优点。目前，基于福斯特共振能量转移（FRET）理论建立的ECL体系已在核酸杂交分析、免疫分析测定、细胞分析检测等领域得到广泛应用。然而，随着ECL传感策略的不断提出，仅依靠FRET理论难以对某些复杂、罕见的ECL能量转移机理进行深入阐述，是亟待解决的重要问题之一。近日，济南大学魏琴教授团队在ECL能量转移新模型的建立上取得重要进展，首次基于纳米表面能量转移（NSET）建立了一种ECL-NSET能量转移研究模型，并成功应用于疾病标志物的高灵敏精准检测。
对于传统FRET过程，供受体对之间通过偶极-偶极的非辐射作用方式传递能量，其传递速率与距离的六次方呈反比。而对NSET来说并非如此，由于能量受体可近似为纳米金属表面，其能量传递速率与距离之间呈现四次方反比关系，且作用距离明显大于FRET，在纳米距离测量、细胞凋亡监测与荧光猝灭等领域已受到广泛关注。虽然与FRET类似，但基于NSET理论设计的ECL能量转移体系目前仍属空白。魏琴教授团队首次以铁蛋白为载体设计了一种具有ECL-NSET特性的新型三维杂化纳米结构，并以此结构为信标物研制了一种高灵敏的生物传感器用于脓毒症标志物降钙素原PCT的实际样品检测，其检出限低至41 fg/mL。通过分别引入FRET与NSET理论进行对比验证，证实在该结构内部发生的能量转移类型属于NSET而非FRET，并进一步计算出了铁蛋白表面供受体之间的实际距离约为3.33 nm。此外，为保证生物分子在传感载体表面的高生物活性，团队首次引入七肽配基HWRGWVC（HWR）作为“抓手”实现了抗体分子在传感载体表面的定向结合，该配基与抗体Fc片段之间具有类似于抗原-抗体特异性结合的相互作用，易于充分暴露其活性位点，不仅保持了抗体的高生物活性，同时显著提高了孵化效率。
魏琴教授团队首次建立的ECL-NSET能量转移新传感模型，为猝灭型ECL传感体系的机理探究提供了一种全新的研究思路，同时，七肽配基HWR的首次应用也为免疫分析中如何高度保持生物分子活性提供了新的借鉴。
近期这一成果发表在Analytical Chemistry上，得到国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金的支持，第一作者是济南大学博士研究生杨磊。
Ferritin-Based Electrochemiluminescence Nanosurface Energy Transfer System for Procalcitonin Detection Using HWRGWVC Heptapeptide for Site-Oriented Antibody Immobilization
Lei Yang, Dawei Fan, Yong Zhang, Caifeng Ding, Dan Wu, Qin Wei*, Huangxian Ju
Anal. Chem., 2019, 91, 7145-7152, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00325
魏琴，女，博士，教授，博士生导师，首批国家万人计划领军人才、国家教学名师、全国优秀教师、享受国务院政府津贴、连任两届泰山学者特聘专家、山东省有突出贡献的中青年专家、2013-2017年与2018-2022年教育部化学类专业指导委员会委员、应用化学国家级实验教学示范中心主任、山东省绿色化学制造与精准检测协同创新中心主任、 山东省高校界面反应与传感分析重点实验室主任，目前主要从事分析化学、环境分析、能源材料及催化应用方面的研究，已在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Anal. Chem., Nano Energy, Biomaterials, J. Mater. Chem. A, Nano Res., Chem. Commun., Carbon, ACS Appl. Mater. Interfaces., Biosens. Bioelectron.等国内外期刊共发表SCI论文500余篇。
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