聚胸腺嘧啶-铜纳米簇/适体-金纳米粒子荧光探针用于微囊藻毒素-LR传感分析

doi:10.7503/cjcu20250008

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 20250008.doi: 10.7503/cjcu20250008

聚胸腺嘧啶-铜纳米簇/适体-金纳米粒子荧光探针用于微囊藻毒素-LR传感分析

蒙化¹, 阿华英¹, 罗平馨¹, 张艳丽¹(), 高连训¹, 王红斌¹, 杨文荣¹^,², 庞鹏飞¹()

^1.云南民族大学云南省教育厅功能纳米材料基化学生物传感科技创新团队，昆明 650504
^2.迪肯大学生命与环境科学学院，澳大利亚吉朗 3217

收稿日期:2025-01-08 出版日期:2025-05-10 发布日期:2025-03-05
通讯作者: 张艳丽 E-mail:ylzhang@ymu.edu.cn;pfpang@aliyun.com
作者简介:庞鹏飞，男，博士，教授，主要从事荧光传感分析方面的研究. E-mail： pfpang@aliyun.com
基金资助:
国家自然科学基金(21565031);云南省科技厅基础研究计划项目(202001AT070012);云南民族大学研究生科研创新基金(2024SKY135)

Fluorescent Probe for Detection of Microcystin-LR Based on Poly（thymidine）-Copper Nanoclusters and Aptamer-Gold Nanoparticles

MENG Hua¹, A Huaying¹, LUO Pingxin¹, ZHANG Yanli¹(), GAO Lianxun¹, WANG Hongbin¹, YANG Wenrong¹^,², PANG Pengfei¹()

^1.Functional Nanomaterial?based Chemical and Biological Sensing Technology Innovation Team of Department of Education of Yunnan Province，Yunnan Minzu University，Kunming 650504，China
^2.School of Life and Environmental Sciences，Deakin University，Geelong 3217，Australia

Received:2025-01-08 Online:2025-05-10 Published:2025-03-05
Contact: ZHANG Yanli E-mail:ylzhang@ymu.edu.cn;pfpang@aliyun.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21565031);the Basic Research Project of Yunnan Provincial Science and Technology Department, China(202001AT070012);the Graduate Research Innovation Project of Yunnan Minzu University, China(2024SKY135)

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摘要/Abstract

摘要：

采用DNA模板法合成了聚胸腺嘧啶-铜纳米簇[poly(T)-CuNCs]/适体-金纳米粒子（aptamer-AuNPs）荧光探针，用于微囊藻毒素-LR（MC-LR）的高灵敏传感检测. 设计了3条DNA核苷酸链： MC-LR适体链（aptamer）和2条聚胸腺嘧啶单链DNA[poly(T) S1和（poly(T) S2]. 以poly(T) S1和poly(T) S2为模板，利用抗坏血酸（AA）还原Cu²⁺，合成了具有粉红色荧光的poly(T) S1-CuNCs和poly(T) S2-CuNCs. 两端巯基标记的aptamer通过Au—S键与AuNPs相连形成AuNPs-aptamer-AuNPs共轭物，后者与poly(T)-CuNCs杂交形成dsDNA-CuNCs，双链结构中CuNCs与AuNPs之间由于荧光共振能量转移（FRET）导致体系荧光猝灭. 加入目标物MC-LR后， MC-LR会与dsDNA-CuNCs中的aptamer特异性结合，引起双链结构解体， poly(T)-CuNCs释放至溶液中，体系荧光得以恢复. 基于此，构建了一种“off-on”型荧光探针用于MC-LR检测，该方法对MC-LR的线性范围为1 ng/L~500 µg/L，检出限为0.3 ng/L(S/N=3). Poly(T)-CuNCs/aptamer-AuNPs荧光适体探针制备简单、选择性高，可用于实际水样中MC-LR定量分析.

关键词: 微囊藻毒素-LR, 聚胸腺嘧啶-铜纳米簇, 适体-金纳米粒子, 荧光探针

Abstract:

A fluorescent probe of poly（thymidine）-copper nanoclusters/aptamer-gold nanoparticles（poly（T）-CuNCs/aptamer-AuNPs） was constructed for highly sensitive sensing detection of microcystin-LR（MC-LR） using DNA template method. Three DNA nucleotides were designed， including MC-LR aptamer， and two poly（thymidine） ssDNA（poly（T） S1 and poly（T） S2）. Using poly（T） S1 and poly（T） S2 as templates， poly（T） S1-CuNCs and poly（T） S2-CuNCs with pink fluorescence were synthesized by reducting Cu²⁺ with ascorbic acid（AA）. Aptamer labeled with thiol groups at two both ends were linked with AuNPs through Au—S bonds to form AuNPs-aptamer- AuNPs bioconjugates. AuNPs-aptamer-AuNPs hybridized with poly（T）-CuNCs to form dsDNA-CuNCs. Fluorescence resonance energy transfer（FRET） occurred between CuNCs and AuNPs in the dsDNA-CuNCs structure， leading to fluorescence quenching of dsDNA-CuNCs. In the presence of target MC-LR， MC-LR specifically bonded with aptamer in dsDNA-CuNCs， resulting in the dissociation of dsDNA structure. The poly（T）-CuNCs were released into the solution， restoring the system's fluorescence. An "off-on" type of fluorescent probe was constructed for the detection of MC-LR. The linear range for MC-LR detection is 1 ng/L—500 µg/L， with a detection limit of 0.3 ng/L （S/N=3）. The proposed fluorescent aptamer probe possesses the advantages of simple preparation， high selectivity， and can be applied for quantitative detection and analysis of MC-LR in real water samples.

Key words: Microcystin-LR, Poly（thymine）-copper nanoclusters, Aptamer-gold nanoparticles, Fluorescent probe

中图分类号:

O657.3

TrendMD:

蒙化, 阿华英, 罗平馨, 张艳丽, 高连训, 王红斌, 杨文荣, 庞鹏飞. 聚胸腺嘧啶-铜纳米簇/适体-金纳米粒子荧光探针用于微囊藻毒素-LR传感分析. 高等学校化学学报, 2025, 46(5): 20250008.

MENG Hua, A Huaying, LUO Pingxin, ZHANG Yanli, GAO Lianxun, WANG Hongbin, YANG Wenrong, PANG Pengfei. Fluorescent Probe for Detection of Microcystin-LR Based on Poly（thymidine）-Copper Nanoclusters and Aptamer-Gold Nanoparticles. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(5): 20250008.

图/表 5

Fig.1 UV⁃Vis absorption spectra(A) of AuNPs(a) and aptamer⁃AuNPs(b), UV⁃Vis absorption spectrum of poly(T)⁃CuNCs(B), fluorescent excitation(a) and emission(b) spectra(C), and fluorescent emission spectra dependent of excitation wavelength(D)

Fig.2 Fluorescent spectra of poly(T)⁃CuNCs(a), poly(T)⁃CuNCs+aptamer⁃AuNPs(b), and poly(T)⁃CuNCs+aptamer⁃AuNPs+MC⁃LR(10 µg/L)(c)(A), UV⁃Vis absorption spectrum of aptamer⁃AuNPs (a) and fluorescent spectrum of poly(T)⁃CuNCs(b)(B)

Fig.3 Fluorescent spectra(A) of poly(T)⁃CuNCs/aptamer⁃AuNPs aptamer probe incubation with different concentrations of MC⁃LR and relationship curves between fluorescent intensity and MC⁃LR concentrations(B)Inset in (B) is the plot of fluorescent intensity vs. logarithm value of MC⁃LR concentrations.

Fig.4 Selectivity(A) and reproducibility(B) of poly(T)⁃CuNCs/aptamer⁃AuNPs fluorescent aptamer probe

Table 1 Determination results of MC-LR using poly(T)-CuNCs/aptamer-AuNPs fluorescent aptamer probe in real water samples(n=3)*

Sample	Added/（μg∙L^-1）	Found/（μg∙L^-1）	RSD（%）	Recovery（%）
River water	0	ND	—	—
	1	0.93	5.4	92.6
	10	9.80	2.2	98.0
	100	105.41	1.7	105.4
Lake water	0	ND	—	—
	1	1.01	2.0	100.6
	10	9.75	4.3	97.5
	100	102.70	3.1	102.7

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聚胸腺嘧啶-铜纳米簇/适体-金纳米粒子荧光探针用于微囊藻毒素-LR传感分析

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