Langmuir | 二硫化鉬基納米酶結合催化髮夾組裝反應檢測禽流感病毒

2022年07月14日13:03:12 科學 1896

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*本文首發於「納米酶Nanozymes」公眾號，2022年3月18日

*編輯：俞紀元

納米酶作為天然酶替代品，因其製備簡單、化學和熱穩定性高、催化活性強、易於功能化等優勢備受科研工作者的青睞，已廣泛用於生物傳感、生物成像、載葯與治療等研究領域。二硫化鉬作為類石墨烯的新興二維片層材料，已被證明具有極好的過氧化物酶模擬活性，可替代生物酶用於構建生物傳感器。

該研究通過原位生長法，將具有優異催化活性和類生物酶活性的金鉑核殼雙金屬納米顆粒功能化到二硫化鉬表面，製備得到二硫化鉬基納米複合材料（MoS2-Au@Pt）。該納米複合材料不僅具有更優異的類生物酶活性，還具有對單鏈和雙鏈DNA不同的親和力。基於此，該研究結合靶標觸發催化髮夾組裝(CHA)反應，設計了無標記、高靈敏檢測禽流感（H7N9）病毒基因序列的比色傳感器。如圖1所示，帶有黏性末端的頸環結構探針HP1和HP2共吸附在 MoS2-Au@Pt 納米複合材料表面。此時，吸附的 HP1和 HP2佔據了 MoS2-Au@Pt 納米複合材料的催化位點，使其類酶催化活性降低，TMB溶液顏色較淺。隨着 H7N9的加入，H7N9作為引發鏈觸發了經典的CHA反應，生成 HP1-HP2雙鏈並釋放H7N9進行下一步的 CHA 反應。由於 MoS2-Au@Pt 納米複合材料對雙鏈DNA的親和力較低，HP1-HP2雙鏈從納米材料界面脫離，使 MoS2-Au@Pt 納米複合材料的催化活性得到恢復，TMB溶液顏色變深藍。根據溶液的顏色和吸收峰的強度，可以定性和定量地測定 H7N9。

圖1. 基於 MoS2-Au@Pt 納米複合材料的比色傳感器用於無標記檢測H7N9。

在最優實驗條件下，基於該納米複合材料比色傳感器的分析性能如圖2所示。隨着H7N9濃度的增加，TMB溶液的顏色逐漸變藍，其對應的紫外吸收峰強度也逐漸增強。這是由於H7N9不斷引發CHA反應，使HP1和HP2不斷從MoS2-Au@Pt 納米複合材料表面脫離，促使該納米複合材料的催化活性不斷恢復。當H7N9濃度為10 pM-50 nM時，該比色傳感器的紫外吸附峰的強度與H7N9濃度的對數成線性關係，檢測限估算為2.8 pM（picomolar）。該傳感器不僅具有寬的檢測區間，還具有優異的檢測選擇性，可顯著區分H1N1、ZIKA、DENA等其他病毒核酸基因序列。此外，該傳感器還具有良好的重複性，6次不同檢測結果的相對標準偏差（RSD）僅為1.74%。基於上述優異的檢測性能，該比色傳感器可用於實際體系中H7N9的分析測定，檢測結果令人滿意。以上結果表明，具有過氧化物酶活性的 MoS2-Au@Pt納米複合材料是一種很有前途的納米材料，可與核酸適體等結合構建通用比色傳感平台，用於化學或生物目標分子的高效檢測。