袁若/柴雅琴/张悦Anal. Chem.：三维多孔ZrO2空心纳米球上金纳米簇电化学发光检测急性心肌梗死蛋白标志物

研究内容

西南大学袁若/柴雅琴/山东理工大学张悦首次制备了金纳米簇@三维（3D）多孔ZrO2中空纳米球（Au NCs@ZrO2)空间限制增强电化学发光（SCE-ECL）的生物传感平台，用于超灵敏检测与心血管疾病、恶性肿瘤和神经性疼痛相关的胰岛素样生长因子1（IGF-1）。作为概念证明，基于Au NCs@ZrO2作为发射器和有序和局部催化发夹自组装（OL-CHA）系统作为信号放大器，构建的ECL生物传感平台实现了IGF-1的快速和痕量测定，检测限（LOD）低至0.36 fg/mL。此外，ECL平台实现了急性心肌梗死（AMI）患者IGF-1表达的评估，其准确性比酶联免疫吸附试验（ELISA）更高。相关工作以“Spatial Confinement-Enhanced Electrochemiluminescence of Gold Nanoclusters on 3D Porous ZrO2 Hollow Nanospheres for the Assessment of Acute Myocardial Infarction Protein Markers”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. Au NCs@ZrO2通过带负电荷的Au NCs和带正电荷的ZrO2 HNs之间的静电相互作用制备，然后将其固定在裸电极中，并通过“Au-N”键连接到脂质双层（LB）。然后，通过LB和胆固醇之间的亲和力将胆固醇标记的CP链固定在电极上，达到“信号开启”状态。接下来，一旦添加了靶蛋白IGF-1，通过IGF-1蛋白与其适配体之间的特异性相互作用转化为作为次级靶（ST）的DNA片段。同时，在I1和I2链的帮助下，发夹H1和二茂铁标记的发夹H2-Fc有序地组装在磁珠（MB）的表面上。随后，在ST存在的情况下，打开H1以暴露脚趾与相邻的H2-Fc杂交，同时释放ST以激活CHA回路。之后，在内切酶Nt.AIwI的帮助下，大量Fc标记的输出DNA从MB中不断释放出来，与CP链杂交，表现出“信号关闭”状态。

要点2. 由于配体分子的振动受到限制，Au NC在3D微环境中的限制显著提高了激发Au NC的光辐射，并且在提高ECL效率的光学过程中促进了激发Au NCs的空穴和电子的复合，从而使ECL效率比Au NCs强5.1倍。

要点3. 基于“信号开关”，实现了IGF-1的快速和痕量测定，检测限（LOD）低至0.36 fg/mL。构建的ECL平台用于评估AMI患者血清中IGF-1的表达。与ELISA相比，所制备的ECL平台具有灵敏度高、准确度高的优势。

这项工作为开发高效ECL发射器提供了一条新途径，在超灵敏生物分析用于疾病早期诊断方面具有广阔前景。

研究图文

图1.（A）Au NCs的HRTEM（插图：晶格和直径）。（B）ZrO2 HNs的SEM（插图：孔径）。（C）Au NCs、ZrO2 HNs和Au NCs@ZrO2的Zeta电位。Au NCs@ZrO2的（D）STEM，（E）放大图像以及（F）元素映射。（G）Au NCs和Au NCs@ZrO2的Au 4f（H）和S 2p（I）的XPS和高精度XPS。

图2.（A）PBS中Au NCs/GCE的CV和ECL响应。（B）GCE、ZrO2/GCE、Au NCs/GCE和Au NCs@ZrO2/GCE在PBS包括TPrA中的CV和ECL。（C）Au NCs和ZrO2 HNs的带隙光谱。（D）Au NCs和（E）ZrO2 HNs的UPS。（F）Au NCs和ZrO2 HNs的能级图。

图3.（A）OL-CHA和（B）传统CHA的反应时间。

图4.（A）不同浓度IGF-1检测的可行性：（A）0 fg/mL和（b−i）1 fg/mL至10 ng/mL。（b）IGF-1检测的线性关系。（C）ECL生物传感平台的稳定性。（D）GFAP、MUC-1和TAU为干扰的ECL平台的特异性研究。

文献详情

Spatial Confinement-Enhanced Electrochemiluminescence of Gold Nanoclusters on 3D Porous ZrO2 Hollow Nanospheres for the Assessment of Acute Myocardial Infarction Protein Markers

Xiaochun Zhu, Xiaofeng Wang, Huimei Su, Xiaoyu Shi, Yue Zhang,* Yaqin Chai,* Ruo Yuan*

Anal. Chem.

DOI:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c06278

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