广东工业大学赵肃清团队|基于锇纳米绣球花制备的双功能免疫分析传感器用于奶粉中叶酸含量的检测

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研究背景

在元素周期表中,铂族元素具有十分重要的地位,其中的铂、钯、铱等元素制备的纳米粒子以其优越的类酶活性,近年来在催化、传感、抗肿瘤等方面应用不断被开发。而作为铂族元素的一份子,锇纳米粒子的制备和相关应用却鲜有报道。广东工业大学潘俊康等使用简易“一锅法”可控合成了粒径在 27 nm 的锇纳米绣球花,通过实验证实其具备优异的类过氧化物酶活性、较传统天然 HRP 酶更优异的催化性能以及稳定性,同时通过静电结合作用进一步标记上特异性抗体制得“纳米材料-抗体”探针。作者利用维生素 B 族的重要成员——叶酸作为检测目标物,基于锇纳米花构建了一种具备双功能免疫分析检测模型,实现了奶粉中目标分析物叶酸的高灵敏度、强特异性快速定量检测。该工作发表以“A bifunctional immunosensor based on osmium nano-hydrangeas as a catalytic chromogenic and tinctorial signal output for folic acid detection”发表在 Analyst,


研究简介

本研究提供了一种基于贵金属锇纳米绣球花类过氧化物纳米酶,开发出基于锇纳米绣球花的纳米酶联免疫分析方法以及免疫层析技术用于检测奶粉中叶酸。

图 1. 基于锇纳米绣球花制备的双功能免疫分析传感器的检测思路


图 2. 锇纳米绣球花材料的表征。


图 3. 锇纳米绣球花类过氧化物酶活性以及化学、温度稳定性。


这种检测方法分成两个思路:首先,利用锇纳米绣球花优异的类过氧化物酶活性,使其代替传统的天然 HRP 酶标记抗体在酶联免疫吸附实验中产生催化效果使得 TMB 底物显色,从而实现对目标物准确的定量检测。该方法不仅简略了酶联免疫吸附实验中加入二抗的步骤,同时锇纳米绣球花的催化活性还提高了检测的灵敏度(IC< sub >50 对比传统 ELISA 提高 6.3 倍),降低了检测限(LOD 对比传统 ELISA 降低 3 倍)。其次,由于制备成的锇纳米绣球花本身带有灰黑色的颜色,在标记抗体后会形成一个带颜色标记的探针,因此,就可以开发成一种即时、快速定性分析的免疫层析试纸条。文章中待测的目标分子是叶酸,属于小分子化合物,使用了竞争法进行检测:当添加的样品中没有目标分子时,试纸条上的质控线(C-line)和测试线(T-line)均会出现条带信号;当添加的样品中含有目标分子,则会和测试线(T-line)上的包被抗原进行竞争,使得测试线(T-line)条带变浅乃至消失,只出现较深的质控线(C-line)条带信号。文中也把该方法与传统的胶体金试纸条法进行对比,得益于锇纳米材料更明显的灰黑色颜色信号,发现视觉临界值(cut-off值)以及视觉检测限(v-LOD)均有降低。

图 4. 两种检测方法与传统方法的对比。


最后,作者将所开发的检测方法应用于奶粉样品中叶酸含量的检测。结果表明两种检测方法之间存在很好的关联性,对比专业的 UPLC-MS/MS 液质联用仪检测结果相关性也很高,证实该方法较高的准确性。这种检测方法具有很强的检测适用性,同时能够即时、方便、快速、准确和简单地得到检测结果,避免样品制备复杂、耗时、需要用到大型仪器以及熟练有经验的操作人员操作的缺点,希望能够在未来对其他的疾病标记物分子或是 microRNA 等的检测应用上提供新的思路。

图 5. 两种检测方法间相关性比较以及使用仪器验证方法的准确性。



研究亮点

  1. 首次报导合成了粒径在 27nm 的锇纳米绣球花;

  2. 锇纳米绣球花拥有卓越的类过氧化物酶的活性,同时化学和温度稳定性均十分良好;

  3.  使用叶酸作为检测目标分子,基于锇纳米绣球花开发了一种具备双功能的免疫分析传感器,构建了两种灵敏度高、特异性好、检测迅速方便的免疫分析方法。


论文信息

  • A bifunctional immunosensor based on osmium nano-hydrangeas as a catalytic chromogenic and tinctorial signal output for folic acid detection
    Junkang Pan, Qiyi He, Zhiting Lao, Yikui Zou, Jingyi Su, Qinglan Li, Zekai Chen,  Xiping Cui,*(崔锡平,广东工业大学) Yanfei Cai*(蔡燕飞, 华南农业大学)and  Suqing Zhao*(赵肃清,广东工业大学)
    Analyst, 2022,147, 55-65
    http://doi.org/10.1039/D1AN01432C


作者简介

潘俊康

广东工业大学

潘俊康,广东工业大学生物医药学院赵肃清团队 2019 级研究生,主要从事抗体工程、免疫分析技术、纳米酶的开发与应用、及 POCT 即时检测技术的开发等相关研究工作,该论文第一作者。


通讯作者

赵肃清 教授

广东工业大学

赵肃清,湖南祁阳人,二级教授,博士生导师,南粤优秀教师。2002 年 7 月华南农业大学植物化学专业博士毕业,然后到中山大学基础医学院生物化学教研室和法国地中海大学医学院从事博士后研究,主要从事医用免疫诊断试剂和快速分析方法以及生物制药研究。2004 年 7 月到广东工业大学轻工化工学院制药工程系工作任系主任,2018 年 10 月到广东工业大学生物医药学院从事教学与科研工作并担任执行院长,是国家级一流专业制药工程专业建设点负责人。已毕业研究生 46 名,现指导博士研究生 6 名,硕士研究生 16 名,承担博士生“生物制药技术与进展”、硕士生“天然药物化学”等课程。已申请专利77项,授权 28 项(已转让 6 件),发表论文 100 多篇,其中 SCI 收录论文 50 余篇。2002 年在法国地中海大学医学院进行为期 1 年的博士后研究,2007 年国家留学基金委公派澳大利亚 Murdoch 大学从事过访问研究。现在研广东省重点领域研发计划 1 项、广州民生科技攻关计划 1 项和企业横向项目多项。是广东工业大学优秀科技工作者,广东深圳绿诗源有限公司的科技特派员。

崔锡平 讲师

广东工业大学

崔锡平,广东工业大学生物医药学院讲师。广东工业大学“青年百人”引进人才。2018年 7 月广东工业大学化学工程与技术博士毕业。2016 年 9 月至 2018 年 2 月在美国加州大学戴维斯分校进行联合培养。2018 年 12 月入职广东工业大学至今。目前从事抗体工程、免疫分析技术、及抗感染免疫等相关研究工作。近年来,在 Analytical Chemistry 等杂志上发表 SCI 论文多篇。

蔡燕飞 教授

华南农业大学

蔡燕飞,华南农业大学资源环境学院教授,博士生导师,现任土壤系系主任。1992 年湖南农学院果树学本科毕业,1998 年湖南农业大学土壤学硕士毕业,2002 年华南农业大学生态学博士毕业。主要从事土壤溶磷钾、防病促生和胁迫修复类芽孢杆菌资源挖掘,生物膜形成及根际定殖,抗菌化合物的分离鉴定及分子机理,微生物肥料研制、产业化发酵工艺、下游载体吸附工艺和田间施用集成技术等。主持国家自然科学基金和省重点领域研发等项目 20 余项,共发表研究论文 30 多篇,其中 SCI 收录 10 多篇;申请国家发明专利 20 多项,获授权 10 多项;主讲微生物学、土壤微生物学及分子技术和土壤肥料学等课程。


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