金属有机框架中能量转移的调控及其在核酸检测中的应用

The detection of nucleic acid is of great significance and value for the early diagnosis and therapy of many diseases. But it is always difficult to directly detect nucleic acid by conventional methods owing to its low concentration in the biological environment. Therefore, the direct detection of nucleic acid usually needs high cost of nucleic acid probe and complex construction process. This project makes full use of the designability of metal-organic frameworks (MOFs) and intends to synthesize the fluorescent MOFs nanoparticles with numerous sizes via easily preparing procedures. Then the project tries to build a tunable energy transfer system, which is different from the reported MOFs systems, based on the frameworks of MOFs and nucleic acids. By optimizing the ratio of donor and acceptor in the system, the project intends to construct a sensitive nucleic acid detection MOFs system with high signal noise ratio to realize the direct detection of nucleic acid via a simple method. What’s more, the project plans to build the constructed nucleic acid detection MOFs system into simple test strips, which is expected to realize low-cost, fast and visual detection of nucleic acid and provide low-cost and simple methods for early diagnosis of nucleic acid related diseases, and finally provide support for the development of China's medical and health undertakings.

核酸的检测对很多疾病的早期诊断和治疗具有重要的研究意义和研究价值，但因其在生物体内游离的浓度较低，难以通过常规方法进行直接检测。因此，为实现核酸的直接检测，核酸检测探针的构筑成本通常较高，构筑过程也相对复杂。本项目充分利用金属有机框架（MOFs）的可设计性，先通过简单的步骤合成不同尺寸大小且具有较强荧光的MOFs纳米颗粒，再构筑基于MOFs和核酸的能量转移体系，并对体系中能量转移的给/受体比例进行调控，简单高效构筑信噪比较高且具有灵敏响应性的核酸检测MOFs体系，从而通过能量转移这一新的机制实现核酸的直接检测。此外，本项目拟将所构筑的核酸检测MOFs体系制备成操作简捷的试纸条，有望实现核酸的低成本、快捷、可视化检测，以期为核酸相关疾病的早期诊断提供低成本和操作简捷的方法，为我国医疗健康事业的发展提供支撑作用。

金属-有机框架（MOFs）是一种由金属位点和有机配体通过配位自组装形成的晶态多孔材料，具有结晶性好、孔隙率高、可设计性强等特点，在吸附与分离、催化及传感等领域展现出了广阔的应用前景。Forster能量转移（FRET）是一种在给体和受体间的非辐射能量转移过程，广泛用于荧光放大传感体系及荧光增强体系的构筑。结合MOFs有机组分可设计性强及其多组分合成的策略，本项目拟在MOFs体系中FRET过程进行调控，进而实现目标分析物的荧光点亮传感。在项目实施过程中，根据项目的研究理念，申请人成功在MOFs体系中构建了FRET体系，围绕FRET在MOFs骨架中的调控，探究MOFs荧光点亮传感方面的应用。在MOFs研究方面主要取得了以下两项成果：（1）将不同比例的FRET给体和受体引入到MOFs骨架中，高效构筑了对特丁基对苯酚具有荧光放大传感检测的体系，提出了基于MOFs简单高效构筑荧光放大传感体系的策略；（2）基于MOFs骨架中的FRET过程，简单高效构筑了对汞离子具有特异响应的荧光点亮传感体系。以上两项成果分别以第一或共同通讯作者发表于中国化学会旗舰期刊CCS Chem.及Chin. J. Chem.上。此外，在该项目的资助下，申请人还在三维共价有机框架方面开展了相关研究，以第一作者发表Angew. Chem. Int. Ed.一篇，Acc. Chem. Res. 一篇，Trends Chem.一篇，中国科学：化学一篇，在JACS, Sci. China Chem.上参与发表论文多篇，授权专利两项。