基于金属-AIEgen框架的超灵敏床边传感器
原创 发布时间:2022-10-25 浏览次数: 889 来源: 邵艳娜

核心提示:床边传感器在临床诊断、环境监测等领域得到广泛应用。然而,床边传感器通常存在灵敏度差的问题。本文合成了一种金属有机框架,其中配体是聚集诱导发光(AIEgen),因此命名为金属-AIEgen 框架(MAF),用于超灵敏的床边传感器。


  床边传感器在临床诊断、环境监测等领域得到广泛应用。然而,床边传感器通常存在灵敏度差的问题。本文合成了一种金属有机框架,其中配体是聚集诱导发光(AIEgen),因此命名为金属-AIEgen 框架(MAF),用于超灵敏的床边传感器。MAF独特的结构刚性可增强发射的发光机制,以实现高量子产率(~99.9%)。相较于基于水凝胶的床边数字传感器和免疫层析试纸条,优化的MAF灵敏度可提高102到103。MAF对蛋白质具有高亲和力,可以直接吸附标记抗体进行免疫测定。基于MAF的免疫层析试纸条实现了用于床边传感器临床诊断的超高灵敏的血清检测。


  床边传感器为满足日益增长的医疗保健、食品/水安全和抗生素/药物测试的需求带来了巨大进步。床边传感器在时间和成本方面提供便利和效率,但它们通常会牺牲所需的灵敏度。为了提高灵敏度,酶/纳米酶联扩增、表面增强拉曼散射、Cas核酸内切酶介导的方法是为了与传统的床边传感器配合而开发的。这些超灵敏的改进通常不得不求助于辅助操作、反应或设备,以牺牲便利性和时间/成本效益。床边传感器面临着平衡灵敏度和便利性的限制。超灵敏且方便的床边传感器是理想的选择,但也是一个巨大的挑战。

  金属有机框架(MOF)是在化学和生物医学中广泛应用的材料之一,它可以解决荧光MOF在床边传感器中的灵敏度问题。基于镧系元素的荧光MOF 被广泛报道,缺点是使用昂贵的稀土金属。与不是稀土金属的金属离子相结合的荧光团构成了荧光MOF传感器的有力候选者。到目前为止,荧光MOF传感器由于量子产率低而受到限制,部分原因是缺乏对纳米颗粒合成的系统研究。现有的 基于MOF的床边传感器灵敏度低。量子产率受到聚集引起的荧光猝灭和配体-金属电荷转移的限制。要从头设计荧光 MOF,聚集诱导发光体 (AIEgens) 是理想的配体。最近的研究在一定程度上探索了基于AIEgen的 MOF。与聚集引起的荧光猝灭的荧光团不同,AIEgen在聚合状态下会发出明亮的发光。它们的发光机制非常适合MOF,MOF具有金属离子锚定的刚性状态以限制分子内的旋转/振动,从而产生强荧光金属-AIEgen 框架(MAF)。MAF的量子产率很高,甚至接近99.9%。然而,MAFs作为一种强大的发光材料在床边传感器并没有受到重视。

  本文利用介孔MAF开发灵敏且方便的床边传感器,例如水凝胶数字传感器 (HDS)和免疫层析试纸条(LFIA)。MAF与HDS和LFIA的成功整合能够快速检测离子和大分子临床生物标志物。本文使用1,1,2,2-四(4-羧基苯基)乙烯(TCPE,一种典型的 AIEgen)和氯化锆合成了明亮的MAF,并调节了形态和粒径以提高其检测性能。使用蓝色发射介孔MAF和商用红色发射量子点与定制设计的水凝胶复合物集成制备了白色发射HDS。HDS 显示白色到红色的荧光颜色转换信号,在低分析物浓度时肉眼更易读取,并可以使用基于智能手机的红-绿-蓝分析的定量检测。MAF和抗体之间的高亲和力可以在没有稳定聚合物或共价连接剂的情况下使MAFs直接吸收抗体形成荧光标记颗粒。

  参考文献:Jiangjiang Zhang, Ying Li, Fengli Chai, Qizhen Li, Dou Wang, Liping Liu, Ben Zhong Tang, Xingyu Jiang. Ultrasensitive point-of-care biochemical sensor based on metal-AIEgen frameworks. Sci. Adv. (2022) DOI: 10.1126/sciadv.abo1874

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