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一种基于灵敏调控纳米金锥生长的多彩传感方法用于可视化检测乳腺癌标志物

目视比色法是一种无需借助分析仪器,仅通过肉眼来判断待测物组分浓度的廉价检测方法。由于只能依据溶液颜色的深浅来估计待测物组分的浓度,传统的目测比色法在实际应用上具有一定局限性,特别是无法用于判断待检组分的浓度是否超过特定临界值。相比之下,多色比色法则可以实现裸眼半定量判断待检组分的浓度。纳米金锥(Gold nanobipyramids,AuNBPs)是一种具有构建多色比色法潜力的双锥型金纳米材料,通过调控AuNBPs的长径比就能使AuNBPs溶液能呈现出不同的颜色。目前,常见的调控AuNBPs长径比的方法是氧化刻蚀法。该方法通过产生与待测物组分的浓度成正比的氧化剂浓度,并用于氧化AuNBPs,从而根据不同待测物组分的浓度可得到不同长径比的AuNBPs氧化产物。但是,基于氧化刻蚀法的多色比色法普遍存在颜色数量少和颜色辨识度不高等问题。这是因为氧化刻蚀是一种剧烈的氧化反应,氧化过程中无法保证AuNBPs氧化产物的均匀度。这一不足限制了其在多色比色法中的进一步发展和实际应用。


近日,福州大学付凤富教授(点击查看介绍)研究团队开发了一种基于还原型辅酶Ⅰ(reduced nicotinamide adenine dinucleotide Ⅰ,NADH)辅助抗坏血酸调控AuNBPs生长的多色比色法很好的弥补了上述不足。该团队发现抗坏血酸能够高效的调控AuNBPs的生长。在AuNBPs的生长过程中,抗坏血酸能够快速的将Au3+还原成Au+,然后在50℃下较缓慢地(15分钟)将Au+还原成金原子并定向沉积在金种上。随着抗坏血酸浓度的增加,所得到的金纳米颗粒从不规则球型逐渐向着米粒型、平头锥型和双锥型变化。由于该生长法得到的金纳米颗粒在形态上具有高度的均匀性,因此得到的AuNBPs溶液能够呈现清晰可辨的多种颜色。同时,该团队进一步发现NADH在AuNBPs生长条件下能够代替抗坏血酸将Au3+快速还原成Au+,却不具有将Au+还原成金原子的能力。因此,在NADH的辅助下可以大大减少抗坏血酸的用量,进一步提高调控AuNBPs生长的灵敏度。随着抗坏血酸浓度的增加,使用NADH辅助抗坏血酸调控AuNBPs生长法所得到AuNBPs溶液依次呈现出无色、红色、紫红色、紫色、蓝色、绿色、草绿色、墨绿色、红棕色和酒红色等十种色彩鲜明的颜色。该方法对抗坏血酸浓度的变化十分灵敏,能在一个数量级的浓度变化(23 μM-227 μM)中呈现九种颜色变化。上述现象说明借助NADH辅助抗坏血酸调控AuNBPs生长法可有望建立一种颜色丰富、高辨识度和高灵敏度的比色法。


上述调控AuNBPs生长的方法可以用于构建高灵敏的多色比色检测方法。该团队进一步将所建立的AuNBPs生长法与传统的酶联免疫吸附法相结合,并选取了乳腺癌肿瘤标志物人表皮生长因子受体-2的胞外段(human epidermal growth factor receptor-2 extracellular domain,HER2 ECD)作为检测对象。首先,借助捕获抗体和检测抗体特异性结合HER2 ECD,形成夹心结构;然后,通过修饰在检测抗体上的碱性磷酸酶水解抗坏血酸磷酸酯得到抗坏血酸;最后,将抗坏血酸用于AuNBPs的生长,得到相应颜色的溶液。所构建的比色法成功地应用于血清样品(三倍稀释)中HER2 ECD浓度的检测,不但具有高灵敏度、高特异性和颜色丰富等特点,而且同样能在不到一个数量级的HER2 ECD浓度变化中(1.0-7.0 ng/mL)呈现九种颜色变化,有利于通过肉眼来有效判断HER2 ECD浓度是否超过其临界值(15 ng/mL)。值得注意的是,该多色比色法不仅仅局限于检测HER2 ECD,而是可适用于任何能够借助酶联免疫吸附法来检测的待测组分。


这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是福建农林大学的王宗文副教授。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A multicolor immunosensor for sensitive visual detection of breast cancer biomarker based on sensitive NADH-ascorbic acid-mediated growth of gold nanobipyramids

Zongwen Wang, Qian Chen, Yingying Zhong, Xinhui Yu, Yongning Wu, FengFu Fu

Anal. Chem., 2020, 92, 1534-1540, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04828


付凤富教授简介

付凤富,福州大学化学学院教授,食品安全与生物分析教育部重点实验室副主任,长期从事环境分析、食品安全分析和纳米传感分析研究工作。已经在国际权威刊物上发表了130 多篇SCI 收录学术论文,获得福建省科技进步2 等奖和3 等奖各一次。


https://www.x-mol.com/university/faculty/9520


王宗文博士简介


王宗文,福建农林大学制药工程系实验室主任。2013年于福州大学取得分析化学博士学位,2013年8月起就职于福建农林大学,2014年至2015年在美国迈阿密国际大学肖艺教授课题组访问。主要的研究领域为基于纳米材料的生物传感器和前处理方法的构建,以第一作者或者通讯作者在Nucleic Acids Research、J. Am. Chem. Soc.、Biosens. Bioelectron.、Microchim. Acta等期刊上发表SCI论文约10篇,参与撰写书籍一本。


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