胡琼政/Mashooq Khan Anal. Chem.：基于磁珠上的酶联双功能核酸构建液晶传感器

研究内容

基于液晶对偏振光的双折射性和长程取向有序等特性，液晶传感器可以通过目标分子的结合事件改变液晶分子的取向，从而将化学信号转化为光信号。近十年来已经开发了多种用于检测重金属离子、有机污染物和生物大分子的液晶传感器，展现了液晶传感在生命科学、食品环境监测和临床实时检测方面的广阔应用前景。然而，液晶传感的实际商业化仍然受限于检测的灵敏度、稳定性和较为笨重的设备。

齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省分析测试中心的胡琼政和Mahooq Khan提出了一种基于双功能核酸(dual-functional nucleic acid, d-FNA)修饰磁珠的酶联液晶(enzyme-linked liquid crystal, Eli-LC)传感器，并以检测卡那霉素(KA)为例，展示了双功能核酸调控乙酰胆碱酯酶(AChE)的释放过程，及酶分解氯化肉豆蔻酰胆碱(Myr)导致LC的颜色和亮度变化。实验结果表明，该体系在液晶传感器上成功实现KA的检测，检测范围0.1-15 ng/mL，检测限低至48.1 pg/mL。此外，聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层玻璃和便携式偏光设备被用于提高基于LC的传感器的稳定性和便携性，以推进潜在的商业应用。相关工作以“Construction of Liquid Crystal-based Sensor using Enzyme-linked Dual-functional Nucleic Acid on Magnetic Beads”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 作者首先开发了基于d-FNA修饰磁珠的Eli-LC传感器，用于卡那霉素的高灵敏度和高特异性检测。磁珠被KA适体、由AChE适体和KA适体的互补序列组成的d-FNA链以及AChE修饰。在KA存在的情况下，KA特异性识别KA适体并导致d-FNA链的释放，同时，AChE释放到水溶液中。磁珠清洗后与Myr一起孵育，随后分离磁珠，将上清液添加到限制在铜网中的液晶表面，Myr在水和液晶的界面上形成自组装单层，诱导了界面附近液晶分子的垂直取向，在偏光显微镜下观察到黑暗的图像。反之，则观察到明亮的图像。

要点2.d-FNA链巧妙地在KA与AChE之间建立数量关系。得益于d-FNA通过两步操作，就可以将目标物的信号转化并通过酶促反应放大的优势，该液晶传感器通过简单的策略成功实现了低浓度KA的定量检测。检测范围达到0.1-15 ng/mL，检出限48.1 pg/mL。

要点3.使用PDMS薄膜修饰的玻璃作为液晶的基底，不仅提供了远高于传统DMOAP修饰或OTS修饰玻璃的高疏水稳定性，并且避免了在现有玻璃功能化方法中使用高腐蚀性试剂进行表面处理的步骤。此外，还自行组装了性能优异的便携式偏光显微镜，以实现快速的现场检测。

总体而言，该策略提供了一种设计简单、成本低、可移植性高、灵敏度显著、稳定性优异的通用方法，在实际应用中监测各种分析物非常有前景。

研究图文

图1. Eli-LC传感系统的可行性研究。(a) Myr的结构式。(b) 不同溶液界面的液晶图像: (I)Myr; (II) AChE+ Myr; (III) Myr+MBi; (IV) Myr+MBii; (V) Myr+MBiii; (VI) MBiii+KA+Myr。比例尺为285 μm。

图2. Eli-LC传感器的灵敏度。(a) Eli-LC 传感器响应不同浓度KA的光学图像。(b) Br与KA浓度的关系。插图显示了Br和lgCKA之间的线性关系。I-VI图像添加不同浓度的KA：0、0.1、1、5、10和15 ng/mL。比例尺为285 μm。

图3. Eli-LC传感器的选择性。(a) LC传感平台对不同抗生素的反应的光学图像，包括卡那霉素、青霉素、四环素、多粘菌素B、恩诺沙星和万古霉素。(b) 不同抗生素溶液所得LC图像的相应Br值。比例尺为285 μm。

图4. (a) 便携式设备的示意图。(b) 便携式偏光显微镜的照片。(c) 不同溶液界面的LC图像：(I) 0 μM Myr , (II) 10 μM Myr以及10 μM Myr和5 μg/mL AChE分别孵育 (III) 0 min和 (IV) 15 min。

图5. 使用便携式Eli-LC传感器检测牛奶中的KA。(a) LC传感平台对牛奶中不同浓度KA的光学图像：(I) 0；(II) 5；(III) 10；和(IV) 15 ng/g。(b) 牛奶中不同浓度KA所得LC图像的相应Br值。比例尺为285 μm。

文献详情

Construction of Liquid Crystal-Based Sensors Using Enzyme-Linked Dual-Functional Nucleic Acid on Magnetic Beads

Haoyang Song; Mashooq Khan*, Li Yu, Yunshan Wang, Jin-Ming Lin, Qiongzheng Hu*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03163