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复杂生物样品中超低浓度的核酸检测需要高特异性和高灵敏度的荧光探针。近日，南方科技大学田雷蕾课题组开发了一种新型的{attr}3189{/attr}发光“球形核酸”（spherical nucleic acid，SNA），利用荧光π共轭聚合物作为光捕获天线来增强核酸检测的信号转导，实现了超低浓度的核酸检测。
生物样品中超低浓度的核酸通常需要扩增技术来提高灵敏度，例如PCR技术等。然而，核酸扩增技术需要设备齐全的实验室和训练有素的专业人员，而且通常需要样品纯化过程且依赖于聚合酶，这限制了其在细胞和活体检测中的应用。基于简单杂交互补的荧光传感器可以直接检测与目标核酸的杂交信号，是最简单、高效的传感方式。但为了解决其灵敏度低的问题，需要设计出具有更大荧光信号转导效率的新型探针。
最近，基于荧光π共轭聚合物（fluorescent conjugated polymer，FCPs）的纳米材料在生物成像和生物传感领域引起了广泛关注。FCPs在以下方面显示出优势：（1）由于极高的光捕获能力，FCPs荧光信号强度高；（2）由于FCPs具有离域的电子结构和强π-π相互作用，因此能量可以有效地在聚合物链内及链间传递，这赋予了FCP极灵敏的信号转导能力。（3）FCPs具有多样和可调的光色，可以灵活地匹配各类荧光受体，实现最大的荧光共振能量转移（FRET）效率。
图1. PFBT-g-DNA的合成与纳米“球形核酸”组装。 基于上述，田雷蕾课题组首次以荧光共轭聚合物PFBT为疏水主链，在侧链通过“click reaction”接枝DNA序列，制备了双亲性聚合物PFBT-g-DNA。该方法合成效率高，产物结构明确。PFBT-g-DNA双亲聚合物在疏水作用下自组装形成“球形核酸”结构（FCP-SNA），提高了共轭聚合物的生物相容性，同时有效提高了核酸探针的生物稳定性和细胞递送效率（图1）。 图2. 尺寸调控的“光捕获天线放大效应”。 实验结果证实，利用共轭聚合物的“光捕获天线效应”可以实现核酸传感信号的有效放大,共轭聚合物独特的电子结构决定其在纳米“球形核酸”结构内能量转移的范围可超越Förster半径。因此通过调节PFBT-g-DNA双亲聚合物上接枝DNA的数量可以有效调控FCP-SNA“球形核酸”的尺寸，更大的“球形核酸”由更多的发色团组成，最终可实现对受体Cy5荧光信号37倍的放大（图2）。 图3. FCP-SNA/Cy5-cDNA超灵敏检测microRNA的原理示意图及其信检测性能。 在最终的应用研究中，将FCP-SNA设计成检测microRNA的荧光探针（图3），最终实现了对microRNA的高特异、高灵敏（检测限可达到1.7 pM）的检测，可用于单细胞水平的microRNA成像。由此可见，这种基于π荧光共轭聚合物的“球形核酸”探针在分子生物学、药物筛选、病理分析领域，将具有很好的应用潜力。 论文信息： Light-Harvesting Fluorescent Spherical Nucleic Acids Self-assembled from a DNA-Grafted Conjugated Polymer for Amplified Detection of Nucleic Acids Fan Xiao,Xiaofeng Fang,Hongyan Li,Hanbing Xue,Zixiang Wei,Wenkang Zhang,Yulin Zhu,Li Lin,Yan Zhao,Changfeng Wu,Leilei Tian 论文第一作者是2017级南科大-哈工大联合培养博士生肖凡。论文感谢南科大生医工系吴长锋教授、房晓峰助理教授，以及南科大生命学院赵燕助理教授、薛汉兵博士，在荧光π共轭聚合物合成以及细胞实验方面提供的帮助。 Angewandte Chemie International Edition
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