华南理工大学:研究基于有序DNA包裹的单手性碳纳米管构建的超灵敏铜离子植物传感平台

铜是生物体内必需的微量金属,但过量的铜摄入会通过食物链对植物、动物和人类健康造成重大风险。开发一种灵敏、非破坏性和实时的技术来评估植物对铜的吸收是非常必要的,但目前仍然是一项具有挑战性的任务。  DNA包裹的单壁碳纳米管(DNA-CNTs)由于其在近红外(NIR)区域的荧光特性,且具有良好的水溶性和生物相容性,在生物传感和成像技术中得到了广泛的应用。尽管DNA-CNTs应用于传感方面取得了重大进展,但广泛使用的品种仍然是具有多种手性的未纯化碳纳米管(图1a),未纯化的传感器中存在成分复杂和不明确的DNA结构严重阻碍了我们对传感机制的理解。针对这些问题,在前期工作的基础上(Science 2022,377, 535–539; ACS Nano 2022,16, 4705-4713; ACS Nano 2025, 19, 2665–2676;Sci. Adv. 2025, 11, eadt9844),最近华南理工大学前沿软物质学院林志伟课题组开发了一种基于周期性有序DNA包裹的单手性CNTs(图1b)构建的超灵敏和高选择性Cu2+传感平台,明确阐明了DNA-CNTs对Cu2+的传感机制,且实现了实时和定量检测活植物中的Cu2+该研究成果近期发表在国际知名期刊《ACS Nano》上。博士生陈剑英为本文的第一作者,林志伟教授为通讯作者。

作者利用双水相技术分离了五种不同手性的单手性CNTs(DNA-scCNTs),基于前期工作研究,这五种纯化scCNTs上的DNA分解序列呈现出周期性有序包裹结构(Sci. Adv. 202511, eadt9844)。通过观察这五种不同DNA-scCNT传感器对Cu2+荧光响应,发现CNTs对Cu2+的荧光响应高度依赖于手性,且C3GC6GC4-(7,5)的传感性能最佳。此外,非纯化的CNTs对Cu2+有较弱的光学响应,并由于它们的光谱重叠,很难量化每个手性的灵敏度。通过对(7,5)传感器检测Cu2+的性能评估,(7,5)传感器体现出卓越的灵敏度、特异性和稳定性。


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