Exponential Amplification Using Photoredox Autocatalysis

化学 自催化 指数函数 指数增长 有机化学 量子力学 物理 催化作用 数学分析 数学
作者
Seunghyeon Kim,Alejandra Martínez Dibildox,Alan Aguirre‐Soto,Hadley D. Sikes
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (30): 11544-11553 被引量:15
标识
DOI:10.1021/jacs.1c04236
摘要

Exponential molecular amplification such as the polymerase chain reaction is a powerful tool that allows ultrasensitive biodetection. Here, we report a new exponential amplification strategy based on photoredox autocatalysis, where eosin Y, a photocatalyst, amplifies itself by activating a nonfluorescent eosin Y derivative (EYH3-) under green light. The deactivated photocatalyst is stable and rapidly activated under low-intensity light, making the eosin Y amplification suitable for resource-limited settings. Through steady-state kinetic studies and reaction modeling, we found that EYH3- is either oxidized to eosin Y via one-electron oxidation by triplet eosin Y and subsequent 1e-/H+ transfer, or activated by singlet oxygen with the risk of degradation. By reducing the rate of the EYH3- degradation, we successfully improved EYH3--to-eosin Y recovery, achieving efficient autocatalytic eosin Y amplification. Additionally, to demonstrate its flexibility in output signals, we coupled the eosin Y amplification with photoinduced chromogenic polymerization, enabling sensitive visual detection of analytes. Finally, we applied the exponential amplification methods in developing bioassays for detection of biomarkers including SARS-CoV-2 nucleocapsid protein, an antigen used in the diagnosis of COVID-19.

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