南昌大學春華秋實課題組ACS Applied?materials?&interfaces??合成新型?PDA介導的磁性雙金屬納米酶并應用于ICA

【背景介紹】

免疫層析分析方法(ICA)因其操作簡便、快速、靈敏度和選擇性好、操作成本低，在臨床診斷、食品安全、藥物濫用、環境監測等領域得到了廣泛的應用。然而，嚴重的基質干擾和微弱的輸出信號是ICA實現精確和超靈敏檢測面臨的主要挑戰。因此，基于靈敏度較高、抗基質干擾能力強的比色ICA將是更理想的方法。納米酶作為一種新興的模擬酶，由于其催化效率高,設計結構靈活,制備方便，在惡劣的環境中，如高溫和極端的pH下穩定性好?得到了顯著的關注。并且已逐步應用于臨床、食品安全、農業和環境領域。

【成果簡介】

近日，南昌大學賴衛華教授（通訊作者）等人報道了合成一種具有類過氧化物酶活性的新型聚多巴胺(PDA)介導的磁性雙金屬納米酶(Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt)，并將其作為探針應用于ICA中。

Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的磁性能有效地對靶標物進行磁富集，從而減少了樣品中基質的干擾。在Fe₃O₄表面包覆的PDA可作為介導層和穩定劑，它為Pd/Pt的生長和官能團(-NH和-OH)提供了更多的配位位點，從而提高了Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的催化能力和穩定性。此外，Pd/Pt雙金屬的協同作用可以進一步增強納米酶的催化能力。在這項研究中，作者提出了一種將Fe₃O₄、PDA和Pd/Pt集成為Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt并將其作為ICA探針的新方法。應用該方法在人血清中檢測人絨毛膜促性腺激素低至0.0094 mIU/mL，在牛奶樣品中檢測大腸桿菌O157:H7低至84 CFU/mL。該方法可適用于其他領域中對其他生物分子進行精確和超靈敏的檢測。該成果以題為“Synthesis of PDA-Mediated Magnetic Bimetallic Nanozyme and Its?Application in Immunochromatographic Assay”發表在ACS Applied?materials?&interfaces上，研究論文第一作者賴曉翠。

【圖文導讀】

原理圖：Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的合成及在ICA中的應用

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(a) Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt-mAb的合成，(b)目標物的捕獲和磁富集，(c) ICA中基于Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt信號放大的目標物檢測

圖一：納米材料的合成與表征

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(a) 雙金屬磁性納米酶的結構，(b) TEM圖，（c）水化粒徑分布，(d) Zeta電位，(e) 磁滯回線，(f)EDX 元素分析， (g) EDX光譜分析

圖2納米酶的催化活性對比

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K₂PtCl₆和Na₂PdCl₄的不同（a）比例和（b）總量對Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt催化活性的影響。Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt與Fe₃O₄@Pd/Pt 和HRP在(c)TMB和（d）DAB中催化活性對比

圖3納米酶的穩定性評價

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Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt和HRP的穩定性。(a)5- 80℃孵育?，(b) pH3 -10孵育，(C)保存1-60天，然后測量其類過氧化物活性

圖4?樣品基質對目標物檢測的影響

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不同濃度的(a)陰性血清和(b)牛奶對HCG-ICA (10 mIU/mL) 大腸桿菌O157:H7-ICA (10⁶CFU/mL)的影響

圖5?標準曲線的建立與特異性評價

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基于Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt-ICA檢測(a)HCG 和(c)大腸桿菌O157: H7 ; ?????????????????????基于(b)HCG-ICA 和(d)大腸桿菌O157: H7-ICA的特異性實驗

【小結】

綜上所述，作者設計了一種新型的PDA介導的磁性雙金屬納米酶，并將其應用于ICA帶上，作為一種磁分離的高催化探針。結果表明，納米酶與傳統的HRP相比具有較高的催化效率。此外，用Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt在ICA中檢測HCG和O157:H7大腸桿菌，具有較高的敏感性和特異性。該系統適用于復雜的實際樣本。人血清中HCG含量低至0.0094 mIU/mL，牛奶中大腸桿菌O157:H7含量低至84 CFU/mL。該檢測方法的成功建立證實了將Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt應用于ICA試紙條可以有效減少基體干擾，提高檢測靈敏度，從而實現高效、準確、超靈敏的POCT檢測和食品安全檢測。這種具有優良酶樣活性的磁性雙金屬納米酶為納米材料的合理設計以及在生物催化和ICA的發展中提供了新的應用前景。

文獻鏈接

Synthesis of PDA-Mediated Magnetic Bimetallic Nanozyme and Its?Application in Immunochromatographic Assay（ACS Applied?materials?&interfaces，2020，?https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c17957）

團隊介紹/通訊作者

賴衛華，南昌大學食品學院教授，所在春華秋實課題組致力于基于免疫學及分子生物學的食品樣品前處理及快速檢測方法的研究。包括利用不同形狀及大小的貴金屬、熒光及磁性納米材料的光、磁特性，建設食品樣品前處理、免疫層析及免疫吸附創新技術平臺；利用抗原抗體特異性識別，研究基于新型信號輸出體系的均相免疫學檢測新方法等。近五年，課題組在Chemical Society Reviews，?Acs Nano， Advanced?science?，Small，Biosensors & Bioelectronics等期刊發表科研成果文章近90篇，在相關領域被引頻次排名全球第二。團隊項目《食品安全快速檢測關鍵技術的研究與應用》榮獲2017年度江西省科技進步一等獎。

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