Title Multifunctional Yolk−Shell Nanostructure as a Superquencher for Fluorescent Analysis of Potassium Ion Using Guanine-Rich Oligonucleotides
الباحث الرئيس محمد نذير الدين خان
الباحثون المشاركون
التخصص: الفيزياء
التخصص الدقيق: Laser and nanophysics
المستخلص: يعتمد الأداء الممتاز لجهاز الاستشعار الحيوي بشكل عام على النسبة العالية للإشارة بالنسبة إلى الضوضاء ، ويلعب العامل الفائق دورًا مهيمنًا في أجهزة الاستشعار الفلوريه. أظهرت مبيدات التألق النانويه كفاءة اخماد عاليه في مختلف مقاييس الفلوره للجزيئات البيولوجية والكيميائية. لقد قمنا بتطوير مستشعر نانوي حيوي جديد باستخدام الجزيئات النانونيه لأكسيد الحديد المغناطيسي، ودراسة تأثيرهم في تقليل الفلورة. لقد وجدنا أن أكسيد الحديد المغناطيسي مخمد فائق، وأظهر قدرته العالية في الاخماد لتصل إلى ما يقرب من 100٪ بالنسبة للفلوره. أيضًا ، يمتلك أكسيد الحديد المغناطيسي أعلى كفاءة لاستعادة التألق، نظرًا لحدث التعرف الجزيئي الحيوي ، مقارنةً بمبيدات التألق النانوية الأخرى، بما في ذلك Fe3O4 NPs وأكسيد الجرافين (GO) والأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs). وبناءً على ذلك، تم تصميم منصة استشعار الفلورة لتحليل البوتاسيم مع جوانين غني النوكليوتيد (G). ونتيجة لذلك، أظهرت أجهزة الاستشعار المستندة على الجزيئات النانويه لأكسيد الحديد المغناطيسي اداءً ممتازاً، مع حساسية عالية جدا للكشف تصل إلى 1.3 ميكرومتر، بالإضافة إلى مجموعة ديناميكية واسعة من 50 ميكرو مولار إلى 10 ملي مولار. الطريقة المقترحة سريعة وبسيطة وفعالة من حيث التكلفة، مما يشير إلى الإمكانات الكبيرة للتطبيقات العملية في الكشف الطبي الحيوي والتشخيص السريري.
Abstract: The excellent performance of a biosensor generally depends on the high signal-to-noise ratio, and the superquencher plays a dominant role in fluorescent sensors. Novel nanoquenchers exhibited high quenching efficiency in various fluorescent assays of biological/chemical molecules. Here, we developed a novel nano-biosensor using Fe3O4@C yolk−shell nanoparticles (YSNPs) and studied their quenching effect. We found Fe3O4@C YSNP was a superquencher and exhibited an ultrastrong quenching ability, up to almost 100% quenching efficiency, toward fluorophores. Also, Fe3O4@C YSNPs possessed the most superior fluorescence restoration efficiency, due to biomolecular recognition event, compared to the other nanoquenchers, including bare Fe3O4 NPs, graphene oxide (GO), and single-wall carbon nanotubes (SWCNTs). On the basis of that, a fluorescent sensing platform for potassium-ion (K+) analysis with guanine (G)-rich oligonucleotides was designed. As a result, Fe3O4@C YSNP-based fluorescent sensors demonstrated excellent performance, with an ultrahigh sensitivity of a detection limit as low as 1.3 μM, as well as a wide dynamic range from 50 μM to 10 mM. The proposed method is fast, simple, and cost-effective, suggesting the great potential for practical applications in biomedical detection and clinical diagnosis.