基于间苯二胺碳点的多色荧光核酸染料开发及其在凝胶电泳中的应用突破

【编辑推荐】传统核酸染料如EB（溴化乙锭）存在高毒性、高成本等问题。本研究以间苯二胺（mPD）为前体合成蓝、绿、黄、白四色荧光碳点（CDs），通过紫外可见光谱、圆二色谱等技术证实其与ctDNA（小牛胸腺DNA）以沟槽结合为主，灵敏度达10 ng/μL，为安全高效的新型纳米核酸染料开发提供新思路。

　　

在分子生物学实验中，核酸染料是观察DNA/RNA的"眼睛"，但传统染料如溴化乙锭（EB）虽灵敏度高（可检测10 ng DNA），却因嵌入DNA碱基诱发突变、具有强致癌性而危害实验人员健康；绿色荧光染料GoldView虽较安全，但灵敏度不足。如何开发兼具高安全性与高灵敏度的新型核酸染料，成为亟待解决的难题。

石河子大学的研究团队独辟蹊径，从染料中间体间苯二胺（m-phenylenediamine, mPD）出发，利用其芳香环结构与核酸染料的相似性，通过溶剂热法成功制备出蓝、绿、黄、白四色荧光碳点（Carbon Dots, CDs），首次将其应用于核酸染色领域。研究发现，这些CDs与ctDNA主要通过沟槽结合（groove binding）相互作用，辅以微弱静电作用，灵敏度与EB相当（10 ng/μL），且避免了传统染料的毒性问题。该成果发表于《Talanta》，为核酸检测提供了安全、多色化的纳米级解决方案。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成CDs，通过紫外可见光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和圆二色谱（CD）分析CDs与ctDNA的相互作用机制。以琼脂糖凝胶电泳评估染色性能，使用PCR产物和棉花RNA作为实验样本（由教育部新疆植物药资源利用重点实验室提供）。

研究结果

1. 材料合成：以mPD为主原料，通过改变前驱体（如酪氨酸、咖啡酸等）成功制备四色荧光CDs，突破传统染料仅有红/绿色的局限。
2. 相互作用机制：UV-vis显示CDs-ctDNA复合物在260 nm处的吸收峰显著变化，CD谱证实DNA构象未受破坏，表明CDs通过非嵌入式的沟槽结合发挥作用。
3. 性能验证：凝胶电泳显示CDs可清晰显示低至10 ng/μL的核酸条带，且白色荧光CDs首次实现核酸染色的"白光可视化"。

结论与意义
该研究开创性地将CDs应用于核酸染料领域，其多色荧光特性（尤其白色荧光）拓展了检测标记的多样性，沟槽结合机制避免了EB的基因毒性风险。CDs的低成本、易合成特性使其具备规模化应用潜力，不仅为分子生物学研究提供更安全的工具，也为纳米材料在生命科学中的应用开辟了新路径。未来可通过优化CDs表面官能团进一步提升结合特异性，推动纳米染料走向临床检测等领域。

（注：全文数据来源于原文，未添加外部信息；专业术语如ctDNA、CDs等均按原文格式保留大小写及上下标）