DNA邂逅铽离子：识别金属离子的“化学鼻子/舌头”

hundan

传统的传感方法是使用一种传感器检测一个靶标物，因此通常需要投入大量的精力、物力开发不同靶标特异性响应的传感器。为了应对这个问题，人们开始致力于发展基于模式识别的阵列传感器——“化学鼻子/舌头（chemical nose/tongue）”，通过传感元件的差异化响应实现对大量靶标的模式识别区分与检测。

近日，华东师范大学的研究人员利用三段DNA敏化的稀土铽离子（Tb）设计了无标记智能稀土荧光“化学鼻子/舌头”，实现了对49种金属离子（几乎涵盖整个元素周期表）的时间分辨荧光和荧光寿命型模式的识别区分及检测，为大规模金属离子的区分检测提供了全新、高效的解决方案。该方法的基本过程如下：利用富含鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）的单链DNA（[G3T]N）作为天线配体敏化Tb（天线效应）的这一特性，他们筛选并设计了三段不同长度的[G3T]N敏化Tb构成三种荧光传感元件；在金属离子溶液的环境中，金属离子与[G3T]N相互作用的差异影响[G3T]N敏化Tb的天线效应，由此获得响应不同金属离子的时间分辨荧光差异化信号，结合主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和分层聚类分析（Hierarchical Clustering Analysis, HCA），这些信号实现了对包括碱金属离子、碱土金属离子、过渡/后过渡金属离子和稀土金属离子在内49种金属离子的模式识别区分与检测。该工作也是第一次报道实现对性质极其相似的16种稀土金属离子的区分及检测。49种金属离子的盲测实验也进一步证实了该方法的可靠性。此外，该方法还能基于荧光寿命的方式实现对金属离子的模式识别及检测分析。

相关研究成果近日发表在Analytical Chemistry 上，论文的第一作者为14级的博士研究生薛诗凡，张闽副教授和施国跃教授为通讯作者。该工作也是该团队前期研究（Anal. Chem., 2013, 83, 11665; Chem. Commun., 2014,50, 4677; Chem. Commun., 2014, 50, 12855; Biosens. Bioelectron., 2017, 94, 388）的进一步拓展，并得到国家自然科学基金和国家留学基金委等项目的支持。

该论文作者为：Shi-Fan Xue, Zi-Han Chen, Xin-Yue Han, Zi-Yang Lin, Qi-Xian Wang, Min Zhang, Guoyue Shi

DNA Encountering Terbium(III): A Smart “Chemical Nose/Tongue” for Large-Scale Time-Gated Luminescent and Lifetime-Based Sensing

Anal. Chem., 2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b05167