適體Pt納米顆粒的碰撞在大鼠腦中蛋白質(zhì)的無標(biāo)記安培檢測的應(yīng)用

蛋白質(zhì)是細胞的組成部分和核心主角，在分子水平上參與神經(jīng)系統(tǒng)的所有過程，如信號、學(xué)習(xí)和記憶。蛋白質(zhì)濃度或結(jié)構(gòu)的變化可觸發(fā)許多腦相關(guān)疾病，如阿爾茨海默病(AD)，作為疾病診斷的生物標(biāo)志物。雖然有方法可以檢測與疾病相關(guān)的蛋白，但大多數(shù)操作和程序都較為復(fù)雜。所以他們迫切需要一種無標(biāo)記、便攜式的方法來敏感地檢測復(fù)雜的腦液中的蛋白質(zhì)。

單粒子碰撞是一種新興的、功能強大、靈敏度高的碰撞檢測技術(shù)，但是在分析小分子時，其在復(fù)雜生物環(huán)境中的生物大分子檢測（如蛋白質(zhì)）中的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。由于便攜性和小型化的優(yōu)勢，電化學(xué)方法已被證明是檢測多種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的強大技術(shù)之一。自2004年成立以來，電化學(xué)碰撞作為一種新的電化學(xué)技術(shù)，受到了越來越多的關(guān)注。該方法已用于分析目的，通過測量氧化還原活性納米顆粒（NPs）的本體電解或阻止微電極電流的氧化還原非活性納米顆粒產(chǎn)生的電流，或當(dāng)NPs催化在底層微電極上動力學(xué)緩慢的內(nèi)球電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)時的電催化放大（ECA）產(chǎn)生的電流。由于電化學(xué)碰撞法可以在一個納米顆粒上響應(yīng)信號，因此它與傳統(tǒng)的系綜測量非常不同，僅限于提供大量納米顆粒的平均信號。到目前為止，電化學(xué)碰撞方法已被證明是一種強大的方法，并被探索到廣泛的應(yīng)用，從深入的基礎(chǔ)研究到單納米粒子電催化、單分子檢測、生物電化學(xué)、胞吐和生物傳感。

2019年3月19日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所的張悅等人的課題組在分析化學(xué)（ANALYTICALCHEMISTRY）上發(fā)表了題為“Collision of Aptamer/Pt Nanoparticles Enables Label-free Amperometric Detection of Protein in Rat Brain ”的研究論文，提出了一種簡便的電化學(xué)碰撞方法，可以靈敏和選擇性地檢測大鼠腦復(fù)雜腦脊液中的血小板源性生長因子（PDGF）。

方法：PDGF檢測策略的示意圖。（a） 單個PTNP的一次碰撞事件示意圖產(chǎn)生一個瞬態(tài)電流階躍，該階躍（b）在適體/PTNP形成時被抑制，（c）然后在PDGF存在下恢復(fù)。

結(jié)果：聯(lián)氨在CFME處的電化學(xué)氧化是一個緩慢的過程，在+值為0.5V時不能達到穩(wěn)定狀態(tài)。然而，這種氧化過程在-0.2V時很容易發(fā)生。隨著鉑電極表面修飾的適配體數(shù)量的增加，氧化峰電流逐漸減小，這是由于活性面積的減少，以及對聯(lián)氨氧化的隧穿電子距離的增加。這與用檸檬酸離子覆蓋或用SH-DNA修飾的PtNPs所獲得的緩慢動力學(xué)非常相似。48聯(lián)氨的氧化動力學(xué)很大程度上依賴于Pt的表面化學(xué)，這形成了這里展示的使用粒子碰撞檢測PDGF的基礎(chǔ)。

為了獲得高靈敏度和合適的電位，他們選擇了聯(lián)氨作為電化學(xué)碰撞測量的指標(biāo)。其他球內(nèi)氧化還原反應(yīng)，如氧還原不考慮碰撞電流受其溶解度差的限制。通過實驗結(jié)果表明適體錨定PtNPs的表面和適體的吸附和解吸到PtNPs是瞬態(tài)電流的抑制和恢復(fù)的主要原因。他們還研究了適配體/PtNPs對PDGF檢測的選擇性。

他們研究了在含有聯(lián)氨和適配體/PtNPs的磷酸鹽緩沖液中，不同濃度的PDGF的碰撞事件。如圖3A所示，在0.1pM~0.1nM(ΔI(nA)=0.21的范圍內(nèi)，瞬態(tài)電流與PDGF的濃度呈線性相關(guān)，由于腦脊液的較高離子強度會導(dǎo)致PtNPs的聚集，并在粒子碰撞介導(dǎo)的檢測中產(chǎn)生假信號。相比之下，適配體在aCSF和水中的顏色變化都很小。適配體在高鹽生物相關(guān)樣品中具有良好的穩(wěn)定性，這可能是由于表面的適配體具有很強的保護作用。還研究了適配體對PDGF檢測的選擇性。應(yīng)具有很強的選擇性(圖3C)。加入多種生物學(xué)相關(guān)蛋白，包括BSA、HSA，在含有10 mM聯(lián)氨和適配體的磷酸鹽緩沖液中沒有產(chǎn)生可感知的瞬態(tài)電流他們開發(fā)的策略的高選擇性和開啟模型鼓勵探索該系統(tǒng)在大鼠腦中PDGF檢測中的實用性。

適配體/PtNPs偶聯(lián)物對PDGF的反應(yīng)具有很強的選擇性，注意到裸露的PtNPs可以吸附蛋白質(zhì)，這也會抑制信號。但是結(jié)果和回收率表明，他們提出的這種方法對于檢測腦脊液中的蛋白是可靠的。

結(jié)論：綜上所述，該研究提出了一種簡便的電化學(xué)碰撞方法,大鼠腦復(fù)合腦脊液中PDGF的靈敏和選擇性檢測。這種方法是通過整合PTNP的碰撞活性和適體對蛋白質(zhì)的選擇性識別而開發(fā)的。適體/PtNPs綴合物在生理環(huán)境下高度穩(wěn)定，PDGF選擇性產(chǎn)生碰撞電流，提供定量響應(yīng)。此外，未來的工作也需要進一步研究針對描述的高選擇性和敏感性策略，并可以推廣并應(yīng)用于許多生物學(xué)和生理學(xué)挑戰(zhàn)。

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