为纪念Eric V. Anslyn教授在超分子化学（分子识别、组装）并庆祝其六十大寿，课题组和美国德州大学奥斯汀分校、英国巴斯大学、华东师范大学相关学者合作，系统介绍了指示剂置换分析技术（indicator displacement assays，IDA）的诞生、基本设计原理、所使用的各种设计策略、最新进展情况，根据目标分析物种类及重要性做了分类介绍，并强调了当前开发新的IDA相关的技术挑战，提出了未来潜在的研究途径。该项工作于近日发表在英国皇家化学会期刊Chemical Society Reviews (IF: 42.846)，文章的第一作者是美国德州大学奥斯汀分校Adam C. Sedgwick博士，团队吴田宏博士和冯星硕士参与工作。

2001年，美国科学家德州大学奥斯汀分校化学系Eric V. Anslyn 首次报道指示剂置换分析技术IDA (Acc. Chem. Res. 2001. 34, 963)，其利用主客体以及指示剂三者之间结合能力的不同，利用指示剂信号的变化，结合数学回归分析，实现定性和定量分析分子识别过程及难易。传统的指示剂置换分析体系是由一个光学客体（指示剂）组成的超分子系统，它可逆地与一个受体（主体）结合。在分析物存在的情况下，指示剂从主体处移位，导致其光信号发生变化（检测信号）（图1）。

图1. 传统的指示剂置换法示意图

指示剂置换分析为分子传感提供了一种独特和创新的方法。指示剂置换技术的先驱者Anslyn, Shinkai和Inouye启发了更多的研究人员基于这一理念的各种延伸，主要包括：对映选择性指示剂置换法（eIDAs）、荧光指示剂置换法（FIDs）、反应型指示剂置换法（RIAs）、二聚体置换指示剂分析（DDs）、分子内指示剂置换法（IIDAs）、变构指示剂置换法（AIDAs）、机械控制指示剂置换（MC-IDAs）和猝灭剂置换法（QDAs）（图2）。IDA技术以其操作简单、成本低、设计灵活、灵敏准确、以及高通量自动化分析等优势，近些年来广泛应用于手性分子、活性氧、焦磷酸、蛋白质、多肽、氨基酸、核酸，并拓展到了气体分子、机械力的分析检测中。

图2 本综述中介绍的基于传统IDA设计的延伸策略。

本文从以下检测物质分类对IDAs及延展策略的最新进展做了介绍：

1）基于IDA的手性分子传感器

2）基于IDA的糖类和二醇类物质传感器）基于IDA的磷酸盐传感器

4）基于IDA的核酸传感器

5）基于IDA的氨基酸、多肽和蛋白质传感器

6）基于IDA的活性氧传感器

7）基于IDA的小分子、气体和机械力传感器

传统指示剂置换法IDA单纯依靠化学结合力的差异来识别底物，容易受到类似物干扰，本课题组和Tony教授利用硼-氮原子协同作用，开发新的荧光识别体系，成功应用于过氧亚硝酸根和过氧化氢的识别检测，由此提出反应型指示剂置换法（reaction-based indicator displacement assays, RIA）新概念，建立了分子识别和荧光传感的新体系新方法。以上成果分别发表在Chem. Sci. 2015, 6, 2963、Org. Chem. Front. 2017, 4, 1058上。

总结

指示剂置换技术用于分子传感依然是一个相对较新领域，该综述工作从分析物类型和识别机理等层面对这项技术进行了详细的梳理。最后，相对于反应型分子传感器和化学传感器，综述列举了指示剂置换技术的以下几种优势：

l  制备简单，无需复杂合成工艺

l  能够实现高通量分析且易操作，并可与线性识别分析和主成分分析技术结合

l  可以鉴别复杂样品体系

l  体系光学性能可调，指示剂选择多样

l  能够在生理环境下原位形成受体-客体复合物

相信该综述工作能够为设计更多基于指示剂置换技术的不同类型的传感器提供重要的参考。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c9cs00538b#!divAbstract