Langmuir | 二硫化钼基纳米酶结合催化发夹组装反应检测禽流感病毒

2022年07月14日13:03:12 科学 1896

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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2022年3月18日

*编辑：俞纪元

纳米酶作为天然酶替代品，因其制备简单、化学和热稳定性高、催化活性强、易于功能化等优势备受科研工作者的青睐，已广泛用于生物传感、生物成像、载药与治疗等研究领域。二硫化钼作为类石墨烯的新兴二维片层材料，已被证明具有极好的过氧化物酶模拟活性，可替代生物酶用于构建生物传感器。

该研究通过原位生长法，将具有优异催化活性和类生物酶活性的金铂核壳双金属纳米颗粒功能化到二硫化钼表面，制备得到二硫化钼基纳米复合材料（MoS2-Au@Pt）。该纳米复合材料不仅具有更优异的类生物酶活性，还具有对单链和双链DNA不同的亲和力。基于此，该研究结合靶标触发催化发夹组装(CHA)反应，设计了无标记、高灵敏检测禽流感（H7N9）病毒基因序列的比色传感器。如图1所示，带有黏性末端的颈环结构探针HP1和HP2共吸附在 MoS2-Au@Pt 纳米复合材料表面。此时，吸附的 HP1和 HP2占据了 MoS2-Au@Pt 纳米复合材料的催化位点，使其类酶催化活性降低，TMB溶液颜色较浅。随着 H7N9的加入，H7N9作为引发链触发了经典的CHA反应，生成 HP1-HP2双链并释放H7N9进行下一步的 CHA 反应。由于 MoS2-Au@Pt 纳米复合材料对双链DNA的亲和力较低，HP1-HP2双链从纳米材料界面脱离，使 MoS2-Au@Pt 纳米复合材料的催化活性得到恢复，TMB溶液颜色变深蓝。根据溶液的颜色和吸收峰的强度，可以定性和定量地测定 H7N9。

图1. 基于 MoS2-Au@Pt 纳米复合材料的比色传感器用于无标记检测H7N9。

在最优实验条件下，基于该纳米复合材料比色传感器的分析性能如图2所示。随着H7N9浓度的增加，TMB溶液的颜色逐渐变蓝，其对应的紫外吸收峰强度也逐渐增强。这是由于H7N9不断引发CHA反应，使HP1和HP2不断从MoS2-Au@Pt 纳米复合材料表面脱离，促使该纳米复合材料的催化活性不断恢复。当H7N9浓度为10 pM-50 nM时，该比色传感器的紫外吸附峰的强度与H7N9浓度的对数成线性关系，检测限估算为2.8 pM（picomolar）。该传感器不仅具有宽的检测区间，还具有优异的检测选择性，可显著区分H1N1、ZIKA、DENA等其他病毒核酸基因序列。此外，该传感器还具有良好的重复性，6次不同检测结果的相对标准偏差（RSD）仅为1.74%。基于上述优异的检测性能，该比色传感器可用于实际体系中H7N9的分析测定，检测结果令人满意。以上结果表明，具有过氧化物酶活性的 MoS2-Au@Pt纳米复合材料是一种很有前途的纳米材料，可与核酸适体等结合构建通用比色传感平台，用于化学或生物目标分子的高效检测。