Dual-Mode FL-SERS Biosensor for Self-Validating H 2 S Detection in Complex Matrices and Mitochondria-Targeted Cellular Imaging

生物传感器 化学 适体 纳米技术 荧光 检出限 分析物 胶体金 硫化氢 动态范围 拉曼散射 复矩阵 生物物理学 纳米颗粒 自体荧光 荧光寿命成像显微镜 费斯特共振能量转移
作者
Yang Shen,Yun Wang,Yilin Long,Yuting Zhang,Xiaoli Wang,Nandi Zhou
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (15): 11393-11405 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.6c00460
摘要

Hydrogen sulfide (H 2 S) plays dual-faced roles in physiological regulation and food quality, demanding detection tools with high sensitivity, specificity, and self-validating capability. Herein, a dual-mode biosensor integrating fluorescence (FL) and surface-enhanced Raman scattering (SERS) is developed for ultrasensitive detection and mitochondrial-targeted imaging of H 2 S. The biosensor is constructed based on an azide-functionalized metal–organic framework (UiO-66-N 3 ) coupled with gold nanoparticles (AuNPs), where the electron-withdrawing −N 3 group serves simultaneously as an FL quencher and a SERS reporter. Upon H 2 S exposure, the selective reduction of −N 3 to −NH 2 triggers an FL turn-on response and a concomitant SERS signal attenuation. This dual-response mechanism allows for quantitative H 2 S detection across a wide dynamic range (0.01–500 nM), with detection limits reaching as low as the pM level. Further functionalization with a mucin1 aptamer and a mitochondrial localization sequence empowers tumor-specific mitochondrial targeting and high-fidelity imaging of endogenous H 2 S. The biosensor demonstrates robust applicability in complex beer and wine samples and enables real-time tracking of mitochondrial H 2 S fluctuations in living cells. This work establishes a versatile and self-validating sensing platform that bridges materials design with practical bioanalysis, highlighting its broad potential in food safety monitoring and biomedical diagnostics.
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