南昌大学春华秋实课题组ACS Applied materials &interfaces  合成新型 PDA介导的磁性双金属纳米酶并应用于ICA

【背景介绍】

免疫层析分析方法(ICA)因其操作简便、快速、灵敏度和选择性好、操作成本低，在临床诊断、食品安全、药物滥用、环境监测等领域得到了广泛的应用。然而，严重的基质干扰和微弱的输出信号是ICA实现精确和超灵敏检测面临的主要挑战。因此，基于灵敏度较高、抗基质干扰能力强的比色ICA将是更理想的方法。纳米酶作为一种新兴的模拟酶，由于其催化效率高,设计结构灵活,制备方便，在恶劣的环境中，如高温和极端的pH下稳定性好 得到了显著的关注。并且已逐步应用于临床、食品安全、农业和环境领域。

【成果简介】

近日，南昌大学赖卫华教授（通讯作者）等人报道了合成一种具有类过氧化物酶活性的新型聚多巴胺(PDA)介导的磁性双金属纳米酶(Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt)，并将其作为探针应用于ICA中。

Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的磁性能有效地对靶标物进行磁富集，从而减少了样品中基质的干扰。在Fe₃O₄表面包覆的PDA可作为介导层和稳定剂，它为Pd/Pt的生长和官能团(-NH和-OH)提供了更多的配位位点，从而提高了Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的催化能力和稳定性。此外，Pd/Pt双金属的协同作用可以进一步增强纳米酶的催化能力。在这项研究中，作者提出了一种将Fe₃O₄、PDA和Pd/Pt集成为Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt并将其作为ICA探针的新方法。应用该方法在人血清中检测人绒毛膜促性腺激素低至0.0094 mIU/mL，在牛奶样品中检测大肠杆菌O157:H7低至84 CFU/mL。该方法可适用于其他领域中对其他生物分子进行精确和超灵敏的检测。该成果以题为“Synthesis of PDA-Mediated Magnetic Bimetallic Nanozyme and Its Application in Immunochromatographic Assay”发表在ACS Applied materials &interfaces上，研究论文第一作者赖晓翠。

【图文导读】

原理图：Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt的合成及在ICA中的应用

(a) Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt-mAb的合成，(b)目标物的捕获和磁富集，(c) ICA中基于Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt信号放大的目标物检测

图一：纳米材料的合成与表征

(a) 双金属磁性纳米酶的结构，(b) TEM图，（c）水化粒径分布，(d) Zeta电位，(e) 磁滞回线，(f)EDX 元素分析， (g) EDX光谱分析

图2纳米酶的催化活性对比

K₂PtCl₆和Na₂PdCl₄的不同（a）比例和（b）总量对Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt催化活性的影响。Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt与Fe₃O₄@Pd/Pt 和HRP在(c)TMB和（d）DAB中催化活性对比

图3纳米酶的稳定性评价

Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt和HRP的稳定性。(a)5- 80℃孵育 ，(b) pH3 -10孵育，(C)保存1-60天，然后测量其类过氧化物活性

图4 样品基质对目标物检测的影响

不同浓度的(a)阴性血清和(b)牛奶对HCG-ICA (10 mIU/mL) 大肠杆菌O157:H7-ICA (10⁶CFU/mL)的影响

图5 标准曲线的建立与特异性评价

基于Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt-ICA检测(a)HCG 和(c)大肠杆菌O157: H7 ;                      基于(b)HCG-ICA 和(d)大肠杆菌O157: H7-ICA的特异性实验

【小结】

综上所述，作者设计了一种新型的PDA介导的磁性双金属纳米酶，并将其应用于ICA带上，作为一种磁分离的高催化探针。结果表明，纳米酶与传统的HRP相比具有较高的催化效率。此外，用Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt在ICA中检测HCG和O157:H7大肠杆菌，具有较高的敏感性和特异性。该系统适用于复杂的实际样本。人血清中HCG含量低至0.0094 mIU/mL，牛奶中大肠杆菌O157:H7含量低至84 CFU/mL。该检测方法的成功建立证实了将Fe₃O₄@PDA@Pd/Pt应用于ICA试纸条可以有效减少基体干扰，提高检测灵敏度，从而实现高效、准确、超灵敏的POCT检测和食品安全检测。这种具有优良酶样活性的磁性双金属纳米酶为纳米材料的合理设计以及在生物催化和ICA的发展中提供了新的应用前景。

文献链接

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）

团队介绍/通讯作者

赖卫华，南昌大学食品学院教授，所在春华秋实课题组致力于基于免疫学及分子生物学的食品样品前处理及快速检测方法的研究。包括利用不同形状及大小的贵金属、荧光及磁性纳米材料的光、磁特性，建设食品样品前处理、免疫层析及免疫吸附创新技术平台；利用抗原抗体特异性识别，研究基于新型信号输出体系的均相免疫学检测新方法等。近五年，课题组在Chemical Society Reviews， Acs Nano， Advanced science ，Small，Biosensors & Bioelectronics等期刊发表科研成果文章近90篇，在相关领域被引频次排名全球第二。团队项目《食品安全快速检测关键技术的研究与应用》荣获2017年度江西省科技进步一等奖。