稀土功能化胶束纳米探针用于检测炭疽生物标志物

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炭疽杆菌是一种杆状革兰氏阳性和产芽孢厌氧菌，可引起生物体致死性的炭疽病。如果生物体吸入104个炭疽孢子且在24小时至48小时内没有得到有效的治疗就可能导致死亡。因此，炭疽孢子作为潜在的生化武器引起全世界的关注，建立一种快速灵敏识别炭疽孢子的检测方法至关重要。相比于其他分析方法，荧光检测可以快速、灵敏和选择性地对炭疽孢子做出响应，其主要原理是检测作为炭疽孢子生物标志物的吡啶二甲酸（DPA）（占孢子干重的5%至15%）。有趣的是，DPA的激发态能级与稀土离子的能级相匹配，可以作为“天线”基团敏化稀土离子发光。因此，近年来人们报道了很多基于稀土离子-纳米材料体系检测炭疽孢子生物标志物的工作，主要包括碳材料、硅纳米材料、金属-有机框架材料和固体薄膜等。然而，单一的稀土荧光检测容易受到微环境和仪器的影响，而比率型荧光探针拥有自校准功能，可以有效克服上述缺点，因而受到广泛的关注。

兰州大学的唐瑜教授课题组成功设计了一种新型的稀土功能化胶束纳米探针用于比率型荧光检测炭疽孢子生物标志物DPA。首先，他们设计合成了具有β-二酮结构的双亲性配体，继而通过“一锅法”在水溶液中将Tb3+两亲配合物和参比荧光团（FR）自组装形成铽离子功能化的胶束纳米探针。该铽离子功能化胶束表现出对DPA优异的灵敏度和选择性（线性范围0至7 μM，检测限为54 nM）。当加入含有胶束探针水溶液中的DPA浓度增加时，胶束中的Tb3+离子荧光强度呈线性增强，而内参比FR的荧光强度基本保持不变。该胶束纳米探针在数秒内就可对DPA做出荧光响应，并且通过调整胶束浓度可改变探针对DPA的检测范围。

浸渍了稀土功能化自组装胶束的硅胶板可作为检测DPA的试纸。在紫外灯下，只有浸渍了DPA的试纸才发出绿色的荧光。另外，DPA水溶液可作为“墨水”在试纸上写字。可见光下照射下，硅胶板没有任何变化。而在254 nm的紫外光照射下，浸渍了DPA的部分则显现绿色荧光。该铽离子功能化胶束纳米探针的组装思路提供了一种设计比率型荧光纳米材料的新策略，并有望应用于检测炭疽孢子生物标志物、生物小分子或其他领域。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是兰州大学的硕士研究生栾柯。

该论文作者为：Ke Luan, Ruiqian Meng, Changfu Shan, Jing Cao, Jianguo Jia, Weisheng Liu and Yu Tang

Terbium Functionalized Micelle Nanoprobe for Ratiometric Fluorescence Detection of Anthrax Spore Biomarker

Anal. Chem., 2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00050