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中科院化学所在光子晶体多底物传感芯片方面取得重要进展

日期:2016-06-21

多底物识别和传感在临床诊断、生物筛选、食品工业、气体监测等领域有着广泛应用。识别过程的关键在于获取丰富的传感信息,传统的多底物传感阵列需要使用大量检测分子或指示剂才能实现,因而涉及到复杂的分子设计与合成,以及繁琐的化合物筛选工作。因此,制备简单高效的传感芯片是多底物识别的一个重要发展方向。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,中科院化学所绿色印刷院重点实验室的科研人员设计了一系列高效便捷的多底物传感芯片,用于各类多组分复杂体系的检测。他们制备了光致变色芯片,通过改变外部光照条件调控传感分子构型,仅采用1种螺噁嗪分子,识别了11种金属离子(Sci. Rep. 2015, 5, 9724);在此基础上,制备了基于螺噁嗪-金属复合物的光致变色芯片,利用3种传感复合物实现了人体全部20种天然氨基酸的识别检测(Anal. Chem. 2015, 87, 837-842);以光子晶体为载体,他们还制备了多带隙光子晶体点阵芯片,通过负载8-羟基喹啉作为传感分子,实现了12种金属离子的识别(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7296-7299)。

为进一步推进简单高效多底物识别技术的发展,他们制备了柔性的光子晶体膜,基于光子晶体结构色彩的角度依赖性,结合光子晶体荧光增强效应,通过改变检测角度将荧光信号进行差异化放大,从而获得丰富的荧光传感信息(图1)。通过负载2种检测络合物,该柔性光子晶体芯片可以便捷地识别检测12种高度相似的糖(图2)。这种彩虹色传感芯片,用多角度分析方法替代了多材料、多传感分子的使用,是具有通用性的多底物识别策略。由于其柔性和可印刷性的特点,有望应用于可穿戴传感器件的设计与制备。该研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6911-6914上。(中科院)

 

 

图1 多角度下光子晶体的光学性质变化

 

 

 

图2 彩虹色光子晶体芯片识别多组分糖类

 

 

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