基于纳米酶的阵列传感器用于多种蛋白检测
纳米酶是具有类似天然酶催化活性的无机纳米材料。相比于天然酶,纳米酶具有稳定性高、合成成本低、可大量制备、能够回收与循环利用等优点。近年来,纳米酶作为天然酶的替代物在检测分析等领域的应用越来越受到人们的关注。然而,由于纳米酶本身缺少分子识别能力,许多纳米酶只能用于单一物质的非特异性检测。在纳米酶上引入具有特异性识别能力的受体,虽然可以采用“钥匙和锁”模式检测单个靶物质,但仍然不能满足同时进行多靶物质检测的要求。
阵列传感器模拟哺乳动物味觉/嗅觉系统的传感模式可同时对多种待测物进行区分和识别,但传统的阵列传感器需要构建多个传感单元,增加了实验操作的复杂性和费用。多维度阵列传感器可以从单个传感单元中提取多维信号,减少传感单元的数目,但需要在多种检测模式间进行切换,导致重复性不理想。因此需要设计更加优异的阵列传感器,可以在同一个传感单元上获取多通道信息,实现多种待测物的高通量检测。
近日,中国科学院长春应用化学研究所的任劲松课题组设计构建了基于石墨相碳化氮(g-C3N4)的纳米酶阵列传感器,利用单一传感单元和检测模式,实现了对多种蛋白的检测。一方面,g-C3N4具有过氧化物酶的类似活性,可以在H2O2存在下催化小分子显色底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)发生变色反应。另一方面,g-C3N4的自身二维平面结构和表面官能团使其与生物分子通过π-π堆积和静电作用等相结合。当向g-C3N4加入待测蛋白后,不同蛋白由于分子量、等电点、所含金属等性质不同,与g-C3N4之间的亲和力不同,从而引起g-C3N4催化能力的变化,表现在催化反应的初始速度、达到反应平台的时间和最终产物的吸光度值明显不同。以不同时间点所对应的吸收信号作为传感单元构建的阵列传感器,无需通过复杂的步骤合成多个传感单元,不需要复杂的仪器即可实现对多种常见蛋白质的检测区分。该体系检测限可达到16 nM,并可用于未知蛋白的鉴定,准确率达92.3%。该研究工作利用稳定、经济的纳米酶构建阵列传感器,实现了简单、便捷、廉价的多蛋白检测,拓展了纳米酶在分析领域的应用范围,为生物医学检测提供了新的方向。
这一成果发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者为中科院长春应用化学研究所的博士研究生邱皓,通讯作者为中科院长春应用化学研究所的蒲芳副研究员、任劲松研究员、曲晓刚研究员。
该论文作者为:Hao Qiu, Fang Pu, Xiang Ran, Chaoqun Liu, Jinsong Ren, Xiaogang Qu Nanozyme as Artificial Receptor with Multiple Readouts for Pattern Recognition Anal. Chem., 2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b03807
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