氧化还原媒介助力活性氧-Luminol化学发光传感分析

本文转自X-MOL
单线态氧是一种具有极强氧化性的活性氧物种（ROS），在诸多的化学和生物过程具有极为重要的作用。产生单线态氧的主要途径之一是光敏作用，其产生的单线态氧广泛已应用于光动力治疗、光有机合成、光催化降解、光催化制氢、光敏杀菌等。光辐射下的光敏剂可以不断的催化，将溶解氧转化成单线态氧，因此光敏作用也被视为一种新型的催化信号放大的方式而用于生物传感中。
由于单线态氧寿命短（<4 μs），且极易与溶剂分子碰撞而失活，造成灵敏度下降。近日，四川大学吴鹏教授（点击查看介绍）和成都理工大学的张信凤教授（点击查看介绍）利用氧化还原介质储存光敏中瞬态单线态氧的氧化性，从而显著提升化学发光的灵敏度（如图1）。研究表明， dsDNA-SYBR Green I在绿色LED灯的照射能够光敏产生单线态氧，单线态氧将K4Fe(CN)6氧化成具有氧化性的K3Fe(CN)6，从而将单线态氧的氧化能力储存于K3Fe(CN)6中，K3Fe(CN)6进一步氧化鲁米诺产生强的化学发光信号。采用氧化还原介体储存单线态氧的氧化性可使化学发光信号增强30多倍。

图1. (A) 光敏产生单线态氧示意图和(B) 氧化还原媒介储存单线态氧氧化能力示意图
他们还考察了其它一系列氧化还原介体包括Mn2+、Cr3+、Co2+、Fe2+、Fe(CN)64-、Ni2+、Cd2+、Zn2+、I-、La3+、Ce3+等对化学发光增强的效果。结果发现，这11种介体中，除了Ce3+外，其它10种媒介离子均对Luminol化学发光有一定的增强效果 (图2)，其中Fe(CN)64-的效果最好，因为Fe(CN)63-/Fe(CN)64-的氧化还原电位最低且Fe(CN)63-可有效的氧化鲁米诺。

图2. (A) 不同氧化还原电对的电位和(B) 不同氧化还原介体对化学发光的增强效果
由于dsDNA-SYBR Green I的光敏作用，可通过DNA的杂交或dsDNA的解离实现对其光敏作用的调控，因此可用于DNA的免标记检测。该化学发光法对DNA检测的线性范围为5 pM至5 nM，检出限可达1.5 pM；比直接采用SYBR Green I荧光法检测DNA的灵敏度高2个数量级。

这一研究不仅为单线态氧的氧化能力存储提供了一种新思路，也拓宽了光敏作用在分析检测中的应用。相关研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上。论文第一作者为硕士研究生范晓娅；论文通讯作者为四川大学吴鹏教授和成都理工大学张信凤教授，近年来他们已开发了一系列DNA调控的光敏技术，用于构建免标记、高灵敏生物传感平台（Chem. Commun., 2015, 51, 14465-14468；Anal. Chem., 2017, 89, 5101-5106；Chem. Eur. J., 2018, 24(11), 2602-2608；Chem. Commun., 2019, 55, 7211-7214；Biosens. Bioelectron., 2016, 85: 957-963；Biosens. Bioelectron., 2019, 126: 412-417；Biosens. Bioelectron., 2013, 43, 160-164.）。