From Leuco to Blue: Photochemical Redox Amplification for Small-Molecule Immunodetection

化学 试剂 光化学 荧光 氧化还原 单克隆抗体 信号(编程语言) 免疫分析 组合化学 可见光谱 灵敏度(控制系统) 还原消去 竞争性约束 标签 辐照
作者
Tamara Moya-Cavas,Elena Benito‐Peña,Arev Sargsyan,Antonio Abad‐Fuentes,Guillermo Orellana
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (23): 23469-23473
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06373
摘要

Abstract Sensitive enough detection of small-molecule toxins and many other target analytes remains challenging for immunoassays that rely on stoichiometric reporters or enzymatic cascades. Here we introduce an enzyme-free, light-gated amplification strategy that teams up stabilized leucomethylene blue (LMB) derivatives with antibody recognition and photoredox cycling. As a proof-of-concept, we designed a stable LMB precursor (δ-BLMB) and a BLMB–zearalenone (ZON) conjugate that undergo rapid, selective photo-oxidation to methylene blue (MB) only under the assay illumination. Electrochemical analysis has established δ-BLMB as a redox precursor to MB, while time-resolved luminescence of [Ru(phen)3]2+ (RP3) photocatalyst revealed diffusion-limited quenching (kq = 2.68 × 109 M–1 s–1) consistent with dynamic electron transfer to the precursor. Mechanistic studies show that blue light activates RP3 to generate acyl-radical and MB– intermediates via O2-independent pathways; red light is then used to excite nascent MB to drive a secondary photocatalytic reductive cycle that regenerates MB through radical/anionic intermediates, yielding exponential signal growth. We have validated immunoassay integration using ZON-specific monoclonal antibodies in bead-based and plate formats, demonstrating specific, light-triggered fluorescence that reports competitive binding. Its implementation with sequential two-color illumination demonstrates selective system activation and precise control of the signal amplification (300-fold). This photochemical approach provides stable, long-term reagents that can be tailored to the target species and offers a potentially general strategy for developing enzyme-free, high sensitivity immunoassays for small analytes.
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