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用于复杂生物流体原位分析的分子传感器

这是共聚焦激光扫描显微镜图像,显示带相反电荷的分子的浓度,其中带负电荷的微凝胶用红色圆圈表示,带正电荷的微凝胶用蓝色圆圈表示。绿色荧光源自带负电荷的染料分子,红色荧光源自带正电荷的染料分子。

KAIST研究小组与韩国材料科学研究院(KIMS)研究小组合作,提出了一种具有微珠形式的分子传感器,用于快速原位检测生物液体或食品中的有害分子。由于传感器设计用于选择性地浓缩带电的小分子并放大拉曼信号,因此不需要耗时的样品预处理。

拉曼光谱通常称为分子指纹。然而,它们的低强度限制了它们在分子检测中的应用,特别是对于低浓度。通过将分子定位在电磁场强烈定位的金属纳米结构表面上,可以显着地放大拉曼信号。然而,使用拉曼信号检测溶解在复杂生物流体中的小分子仍然具有挑战性。粘合蛋白不可逆地吸附在金属表面上,这阻止了小目标分子进入金属表面。因此,在分析之前纯化样品是先决条件。但是,它需要很长时间并且很昂贵。

来自KAIST的Shin-Hyun Kim教授团队和KIMS的Dong-Ho Kim博士团队的联合团队通过使用水凝胶封装金纳米粒子的聚集体来解决这个问题。水凝胶具有三维网状结构,使得比网状物小的分子是选择性渗透的。因此,水凝胶可以排除相对大的蛋白质,同时允许输注小分子。因此,金纳米粒子的表面保持完整对抗蛋白质,其容纳小分子。特别是,带电荷的水凝胶能够使带相反电荷的小分子浓缩。也就是说,通过材料自动完成纯化,从而不需要耗时的预处理。结果是,

利用分子传感器,研究小组证明了在没有样品预处理的情况下直接检测溶解在蛋中的氟虫腈砜。最近,受到杀虫剂污染的鸡蛋在欧洲,韩国和其他国家蔓延,威胁着健康并造成社会混乱。氟虫腈是最常用的兽药杀虫剂之一。通过鸡皮吸收β突触,其中代谢产物β-环砜在卵中积累。由于β-环砜携带部分负电荷,它可以使用带正电的微凝胶浓缩,同时排除卵中的粘附蛋白,例如卵清蛋白,卵球蛋白和卵类粘蛋白。因此,可以直接测量氟虫腈砜的拉曼光谱。

金教授说:“分子传感器不仅可以用于直接检测食品中的有害分子,还可以用于血液或尿液中的残留药物或生物标志物。”Dong-Ho Kim博士说:“由于不需要进行样品处理,因此可以节省时间和成本。”

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