唐点平/刘小龙Anal. Chem.：高通量免疫测定的多酶级联纳米反应器

研究内容

癌症抗原15-3（CA 15-3）是一种来源于粘蛋白1的水溶性聚糖链，分子量在300至500 kDa之间，是乳腺癌的临床标志物。对血液中CA 15-3水平的准确和高通量评估对于推进癌症的早期检测、预后诊断和治疗具有巨大潜力。

福州大学唐点平/刘小龙报道了一种胆固醇氧化酶（Chox）负载的铂（Pt）纳米酶与合作级联纳米反应器，用于构建纳米酶-酶联免疫吸附测定（N-ELSA）模型，实现癌症标志物的高通量快速评估。ZIF-8被用作天然酶和纳米酶负载的底物。构建的ZIF-8-Pt纳米酶平台表现出高效的类酶催化效率，标准校正活性为60.59 U mg −1 ，是ZIF-8前驱体的12倍，并且具有高效的光热转换效率（～35.49%）。胆固醇与活性氧自由基级联反应，后者攻击3，3′，5，5′-四甲基联苯胺，导致其氧化和变色，从而表现出高度增强的有效光热特性。在808 nm表面光源的激发下，通过手持式微机电系统热成像器进行系统温度评估，以确定样品中的癌症抗原15-3（CA15-3）图谱。微孔的温度信号随着CA15-3的增加而增加，线性范围为2 mU mL −1 至100 U mL −1 ，认为它是可视化和便携性工作范围最宽的传感器。相关工作以“Multi-Enzyme Cascade Nanoreactors for High-Throughput Immunoassay: Transitioning Concept in Lab to Application in Community”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1.作者通过预合成的Pt纳米簇（Pt NCs）调节了沸石咪唑骨架（ZIF-8）结构的表面介孔状态，实现了ZIF-8从结构域微孔到中孔的转化，用于天然酶的封装和癌症标志物的生物标记。通过胆固醇氧化酶（Chox）和同时嵌入功能化ZIF-8中的Pt-NCs的级联催化反应实现了生物靶信号的有效转换。。

要点2.合成的信号探针表现出有效的级联催化活性，启动胆固醇级联氧化为羟基自由基，随后氧化3，3′，5，5′-四甲基联苯胺（TMB），导致可观察的颜色变化。ZIF-8因其高比表面积和合适的孔结构而被选为酶标基底。为了进行高通量快速诊断，我们使用了一种手持式近红外相机集成智能手机读取设备，在免疫反应后快速读取物理信号，以低时间成本和材料成本获得测试结果。

要点3.微孔的温度信号随着CA15-3的增加而增加，线性范围为2 mU mL −1 至100 U mL −1 ，认为它是可视化和便携性工作范围最宽的传感器。

这项研究为开发具有视觉分析功能的便携式癌症监测平台提供了创新途径。这些平台有望推进基于社区的筛查程序，特别是在发展中国家。

研究图文

图1.（A）糖蛋白CA15-3在癌症细胞表面过表达和释放的示意图；（B）基于靶CA15-3在高结合96微滴度板上触发的免疫夹心模型的检测策略的示意图；（C）温度检测装置设计示意图。

图2.（A）ZIF-8-Pt的TEM。ZIF-8-Pt的（B）暗场高分辨率TEM和（C）相应的元素图谱。（D）ZIF-8和（E）ZIF-8-Pt的SEM。（F）ZIF-8和ZIF-8-Pt的等温N 2 吸附-解吸曲线。（G）基于Barret−Joyner−Halenda模型的ZIF-8与ZIF-8-Pt的孔径分布曲线。

图3.（A）免疫三明治模型在微量滴定板上的级联催化示意图和相应的光热转换过程。（B）ZIF-8-Pt@Chox与异硫氰酸荧光素连接的荧光显微镜图像。（C）TMB条件下级联催化模型的紫外-可见光谱。（D）不同浓度的Chox诱导的级联催化模型的吸光度变化曲线。（E）TMB−胆固醇系统在免疫模型形成的各个阶段的紫外-可见光谱。

图4.（A）开发了基于微机电系统的温度和视觉输出光学照片，用于纳米酶-天然酶联免疫吸附测定。（B）CA15-3样品不同标准稀释度的紫外-可见光谱曲线（插图：实际光学照片；n=3；单位：mU mL −1 ）。（C）不同标准稀释度的CA15-3样品在652 nm处吸光度值的回归曲线。（D）MLX90640的功能图。（E）CA15-3样品在不同标准稀释度下吸光度值的回归曲线。（F）MLX90640记录的96个微量滴定板上的光热转换图像。（G）开发传感器的工作范围汇总图。（H）一种已开发的纳米酶-天然酶联免疫吸附测定法的抗干扰分析。（I）通过纳米酶-天然酶联免疫吸附测定法和市售ELISA试剂盒测试总结的准确性分析拟合曲线。

图5. 待测样品的TMB−H 2 O 2 级联催化平台的（A）实际肉眼比色结果和（B）激发后热分布的照片。（C）对24例患者血清CA15-3的恢复值进行统计。

文献详情

Multi-Enzyme Cascade Nanoreactors for High-Throughput Immunoassay: Transitioning Concept in Lab to Application in Community

Zhichao Yu, Juan Tang, Man Xu, Di Wu, Yuan Gao, Yongyi Zeng, Xiaolong Liu,* Dianping Tang*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01912

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