用荧光纳米管检测细菌和病毒

来自波鸿、杜伊斯堡和苏黎世的跨学科研究小组开发了一种新方法来构建能够检测病毒和细菌的模块化光学传感器。研究人员使用带有新型DNA锚的荧光碳纳米管作为分子手柄。

锚定结构可用于将抗体适体等生物识别单元缀合至纳米管。识别单元随后可以与纳米管的细菌或病毒分子相互作用。这些相互作用会影响纳米管的荧光并增加或减少其亮度。

由SebastianKruss教授、JustusMetternich教授和来自波鸿鲁尔大学(德国)、弗劳恩霍夫微电子电路与系统研究所和苏黎世联邦理工学院的四名同事组成的团队在《美国化学会杂志》上报告了他们的发现，该杂志于2023年6月27日在线发表。

碳纳米管生物传感器的直接定制

该团队使用由碳制成、直径小于一纳米的管状纳米传感器。当受到可见光照射时，碳纳米管会发出近红外范围的光。人眼看不到近红外光。然而，它非常适合光学应用，因为该范围内的其他信号的电平大大降低。

在早期的研究中，塞巴斯蒂安·克鲁斯的团队已经展示了如何操纵纳米管的荧光来检测重要的生物分子。现在，研究人员正在寻找一种方法来定制碳传感器，以直接的方式与不同的目标分子一起使用。

成功的关键是具有所谓鸟嘌呤量子缺陷的DNA结构。这涉及将DNA碱基连接到纳米管，从而在纳米管的晶体结构中产生缺陷。结果，纳米管的荧光在量子水平上发生了变化。此外，该缺陷充当分子手柄，允许引入检测单元，该检测单元可以适应相应的目标分子，以识别特定的病毒或细菌蛋白。

“通过将检测单元连接到DNA锚点，这种传感器的组装就像一个积木系统，只不过各个部件比人类头发丝小100,000倍，”SebastianKruss说。

传感器识别不同的细菌和病毒目标

该小组以SARSCoV-2刺突蛋白为例展示了新的传感器概念。为此，研究人员使用了与SARSCoV-2刺突蛋白结合的适体。“适体是折叠的DNA或RNA链。由于其结构，它们可以选择性地与蛋白质结合，”JustusMetternich解释道。“下一步，人们可以将这一概念转移到抗体或其他检测单元上。”

荧光传感器高度可靠地表明SARS-CoV-2蛋白的存在。具有鸟嘌呤量子缺陷的传感器的选择性高于没有鸟嘌呤量子缺陷的传感器的选择性。此外，具有鸟嘌呤量子缺陷的传感器在溶液中更稳定。

“如果你考虑的不仅仅是简单水溶液的测量，这就是一个优势。对于诊断应用，我们必须在复杂的环境中进行测量，例如细胞、血液或生物体本身，”波鸿鲁尔大学功能接口和生物系统小组负责人、鲁尔探索解决方案卓越集群(RESOLV)和国际神经科学研究生院的成员SebastianKruss说。