荧光生物传感器 2011

Specific detection of D-glucose by a tetraphenylethene-based fluorescent sensor.

Journal of the American Chemical Society Liu Y, Deng C, Tang L, Qin A, Hu R, Sun JZ, Tang BZ
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组成图示

Specific detection of D-glucose by a ... 传感器构成示意图

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传感器类型

荧光生物传感器

检测对象

D-葡萄糖(D-Glucose, Glu);样品基质:碳酸盐缓冲液(pH 10.5,含2 vol% DMSO)、人工尿液(artificial urine);干扰物:D-果糖(D-Fructose, Fru)、D-半乳糖(D-Galactose, Gal)、D-甘露糖(D-Mannose, Man)

检测原理

碱性条件下,化合物1的苯硼酸(PBA)基团转化为硼酸根,探针溶解且荧光很弱。低浓度Glu主要与单个硼酸根结合形成1:1单加合物1-Glu,TPE芳基转子仍可自由旋转,荧光弱。浓度升高后,Glu的1,2-和5,6-顺式二醇可分别连接两个硼酸基团,先形成双端加合物1-(Glu)2,部分限制旋转;更高浓度下进一步形成寡聚物(1-Glu)n,相邻TPE单元被Glu交联,分子内旋转(RIR)受到强烈限制,辐射跃迁通道打开,荧光显著增强。[Glu]=5 mM时增强最大,约5.4倍;更高浓度时端封双加合物占优,荧光下降。Fru、Gal、Man缺乏可继续寡聚化的顺式二醇,仅弱响应。

检测灵敏度

原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数;报告荧光增强:~5.4-fold at [Glu]=5 mM;[Glu]≈0.2 mM时开始明显增强;10 mM Fru仅引起轻微增强。

效应效果

该探针在碳酸盐缓冲液中对Glu表现出高特异性:4 mM Fru、Gal或Man仅引起微弱荧光变化;在0.1 mM干扰糖存在下,Glu仍能诱导荧光增强,但Fru竞争使增强速率降低,亲和力顺序为Fru > Gal ≈ Man > Glu。单硼酸对照探针2与Glu、Fru、Gal、Man混合均无明显荧光变化,支持寡聚化机制。人工尿液中加入Glu可增强荧光,但高浓度区响应曲线与纯缓冲液不同,可能源于尿素、羟基羧酸和盐与硼酸根的相互作用。作者认为该体系结构简单、易于制备,是尿液Glu检测的有前景生物探针。

传感器的构成

  • 荧光探针/换能元件:四苯基乙烯(TPE)核心双苯硼酸化合物1,AIE活性荧光团,提供荧光信号
  • 识别元件:两个苯硼酸(PBA)基团,碱性下形成硼酸根,与糖类顺式邻二醇可逆结合
  • 交联/寡聚化元件:D-葡萄糖(Glu)的1,2-和5,6-顺式二醇,连接相邻TPE单元形成(1-Glu)n
  • 信号放大层:寡聚物(1-Glu)n,限制TPE芳基转子分子内旋转(RIR)并增强荧光
  • 反应介质:碳酸盐缓冲液(pH 10.5,含2 vol% DMSO),维持硼酸根状态与探针溶解

中文摘要

本文报道了一种概念新颖的“点亮型”生物传感器,可在水相中特异性检测D-葡萄糖(Glu)。该传感器基于四苯基乙烯(TPE)核心双苯硼酸(PBA)化合物1。当荧光团与Glu发生寡聚化时,TPE芳基转子的分子内旋转受到限制,导致其发射显著增强。由于D-果糖(Fru)、D-半乳糖(Gal)和D-甘露糖(Man)不能与荧光团寡聚化,混合后荧光变化很小。该体系利用Glu特有的1,2-和5,6-顺式二醇结构实现高选择性,并在人工尿液中展示了检测Glu的潜力。

英文摘要

A conceptually new "light-up" biosensor with a high specificity for d-glucose (Glu) in aqueous media has been developed. The emission from a tetraphenylethene (TPE)-cored diboronic acid (1) was greatly boosted when the fluorogen was oligomerized with Glu because of restriction of the intramolecular rotations of the aryl rotors of TPE by formation of the oligomer. Little change in the light emission was observed when 1 was mixed with D-fructose, D-galactose, or D-mannose, as these saccharides are unable to oligomerize with the fluorogen.