研究人员提出了一种容易制备、稳定性好的电化学生物传感器

前言

电化学生物传感器的设计旨在满足操作和仪器简单、快速、高特异性和灵敏度、低成本和现场应用的要求。纳米材料作为信号标签，在提高电化学生物传感器的灵敏度和降低分析成本方面具有巨大潜力，包括碳纳米材料、金属或金属氧化物、磁性粒子、贵金属纳米粒子(NPs)和量子点(QDs)。它们通常作为纳米酶或天然酶的支持者来催化检测反应，或者作为载体来装载信号标签(如金属离子或电活性分子)。酶生物传感器是一种很有前途的生物传感器，但其固有的缺点是灵敏度低、操作复杂、稳定性差。基于纳米酶的生物传感器最近取得了显著的成果。然而，它们的应用仍然受到以下事实的限制，即来自纳米材料表面上繁琐的化学结合和阻断剂的外源分子可能导致活性位点的损失，从而损害它们的电催化效率，特别是对于蛋白质和细胞等大分子的夹心型检测。

研究内容

安阳师范学院的研究人员提出了基于纳米晶体信号放大和电极表面自组装非结构物原位溶解成小单体的电化学生物传感器。由于二茂铁具有明确的电化学信号，且Fc-F单体易于组装，因此选择Fc-F纳米粒子作为信号标记。传感器电极捕获的荧光蛋白显示出较差的电化学信号。然而，当纳米结构被滴下的有机溶剂如甲醇破坏时，单个Fc-F单体原位释放，然后通过π-π和疏水相互作用吸附到石墨烯电极表面。溶剂蒸发后，大量的Fc-F单体集中在电极表面，从而产生强烈的电化学信号。与基于量子点和金属纳米粒子的信号标签相比，该方法不需要额外的金属膜电极来电镀释放的金属离子。为了证明该策略的可行性和应用，以前列腺特异性抗原(PSA)和癌细胞为模型分析物开发了三明治型生物传感器。

实验方法

冻干的Fc-F首先用二甲基亚砜溶解至10毫克/毫升，然后用磷酸盐缓冲液(10毫摩尔，pH 7.4)稀释至0.5毫克/毫升。该步骤之后立即进行超声处理几秒钟。通过SU8010扫描电子显微镜、FEI Tecnai G2 T20透射电子显微镜和原子力显微镜在配有敲击模式的尺寸边缘显微镜上表征所得纳米结构的形貌。为了便于用抗体或适体修饰荧光蛋白，制备的荧光蛋白通过氨基共价偶联反应用水杨酸标记。简而言之，首先将0.25毫升的氟氯氰菊酯悬浮液与0.25毫升的由40毫米EDC和10毫米NHS组成的混合物混合。孵育10分钟后，用100千道尔顿超滤膜过滤悬浮液，除去过量的EDC/NHS。然后，向上清液中加入200微升含20毫克/毫升水杨酸的磷酸盐缓冲溶液。室温下振荡2小时后，用超滤膜除去过量的水杨酸分子。用磷酸盐缓冲液洗涤三次后，将所得的水杨酸-氟氯氰菊酯悬浮液稀释至2 mL，并在4℃下储存以供使用。在检测分析之前，将最佳浓度的生物素化抗体(生物素-抗体2)与等体积的水杨酸-抗体结合蛋白悬浮液混合，通过水杨酸-生物素相互作用获得抗体2-水杨酸-抗体结合蛋白的结合物。

Fc-F的化学结构和自组装过程。

典型DPV响应，用于分析不同浓度的变压吸附。

DPV对100皮克/毫升前列腺特异性抗原靶，10纳克/毫升干扰蛋白的反应。

用于分析不同数量的MCF-7细胞的代表性DPV曲线。

结论

基于自组装非结构物在电极表面原位溶解成小单体的原理，提出了一种设计三明治型电化学生物传感器的新的信号放大策略。在温和环境中制备的FcFNPs用作信号标记，前列腺特异性抗原和癌细胞被确定为模型分析物。该生物传感器已用于血清样品中前列腺特异性抗原的检测，结果令人满意。与其他信号标签如量子点和金属纳米粒子相比，该方法体现了几个优点。例如，荧光纳米粒子可以容易地制备并表现出长期稳定性，纳米标记溶解到电活性元素中不需要硬条件，并且该方法避免了使用额外的电极来电镀释放的信号分子。该策略也有望基于抗原-抗体、适体识别和糖-凝集素相互作用设计其他电化学和光学生物传感器。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128777。