基于DNA修饰的金纳米颗粒与氧化石墨烯的相互作用构建新型比色检测方法

目前,各具特色的纳米材料为生命分析化学领域注入了新的活力。其中,金纳米颗粒和石墨烯作为纳米材料中的两种明星材料,前者因为具有消光系数高、尺度可控性好、表面修饰容易、生物相容性好等优点,因而被广泛应用于可视化生物传感器的构建中;后者则因为具有独特的单分子层二维平面结构,极大的理论比表面积,优良的导电效率和导热性,并且能够通过电子转移实现荧光淬灭,因而大量应用于荧光生物传感器的构建中。虽然两种纳米材料在结构上完全不同,但有趣的是,两者与DNA分子的作用却表现出了高度的一致,即两者均可与单链DNA分子高效结合,而与互补配对后的双链DNA分子则表现出较差的亲和力。因此,通过一系列功能核酸(适体、DNA/RNA核酶、金属离子响应的寡核酸链等)与金纳米颗粒或石墨烯联用,一大批具有潜在应用价值的分析方法被开发出来。

为了进一步探索和拓展金纳米颗粒和石墨烯在分析检验中的应用,有机地结合这两种纳米材料的优异性质,南京大学生命科学学院李根喜教授课题组基于DNA修饰的金纳米颗粒与氧化石墨烯之间的相互作用,最近提出了一种可用于DNA分子、金属离子如Ag+、小分子如ATP的通用可视化检测方法。通过金-巯键组装到金纳米颗粒上的单链DNA层可以与石墨烯的碳六元环平面发生强烈的π-π相互作用,使大量的金纳米颗粒吸附到石墨烯片层的两面上,因此,吸附到石墨烯表面的金纳米颗粒由于其球形的结构可以充当“交联剂”继续吸附其他柔软的石墨烯片层,最终打破胶体的稳定,形成絮状沉淀。然而,如果引入检测物质,金纳米颗粒表面的DNA分子层构象则发生变化,形成刚性的结构,就不能与石墨烯发生相互作用,从而阻碍了沉淀的生成,因此,通过简单地观察上清液的颜色变化就可以方便的辨别出待检测物质是否存在。

在这项研究中,两种纳米材料首次通过DNA分子实现了自组装交联,而且由于DNA修饰金纳米颗粒的多价性,进一步提高了DNA吸附石墨烯的亲和力,研究发现,即使只有5个胸腺嘧啶修饰的金纳米颗粒也可以有效的交联石墨烯。该方法灵敏度高,简单可靠,试剂用量少,提供了一种基于金纳米颗粒和石墨烯检测生物分子的新思路。