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*本文转发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2022年12月27日
*编辑：王建森
比色侧流分析（CLFA，也称为试纸）是一种广泛使用的即时诊断技术。即时诊断可以为受试者的身体状况或者某项疾病做出初步鉴定，从而更早地发现某些顽固疾病并及时治疗，这对于提高居民生活水平至关重要。比色侧流分析的优势在于其便捷性和易操作性，它的检测不需要专业人员和复杂的实验设备，并且结果易于理解。然而，该领域的挑战在于检测灵敏性不足，因为检测获取的少量细胞中的生物标志物通常是稀少的。近日，中佛罗里达大学化学系的Xiaohu Xia教授在ACS NANO上发表了题为“Catalytic Gold-Iridium Nanoparticles as Labels for Sensitive Colorimetric Lateral Flow Assay”的研究工作。该文章的第一作者是中佛罗里达大学化学系的Zhiyuan Wei。该文章提出了一种具有超高类过氧化物酶催化活性的金-铱催化纳米粒子（Au-Ir NPs）。研究者以两种癌症生物标志物为例，将Au-Ir NPs加入其CLFA过程，并成功检测到了浓度仅为皮克每毫升的标志物。这一检测限比使用传统的Au NPs低数百倍。
Au-Ir NPs是采用Au NPs种子介导的生长方法合成的。将Na3IrCl6水溶液和NaBH4水溶液缓慢注入（1.0 mL/h，使用注射泵）到直径为40 nm的柠檬酸盐封端的Au NPs悬浮液中，反应一段时间便可得到Au-Ir NPs。作者使用多种表征对该Au-Ir NPs进行形态、结构和成分分析（图1）。另外，TMB（过氧化物酶底物）被用于评估 Au-Ir NPs的类过氧化物酶催化活性，并对其催化动力学进行了研究（图2）。
图 1. Au-Ir NPs的形态、结构和成分分析。(a, b) 低倍和高倍 TEM 图像。(a) 中的插图显示了 Au-Ir NPs的二维模型。(c) HAADF-STEM图像。(d) 从单个粒子获取的高分辨率 HAADF-STEM 图像。(e) 单个粒子的EDX映射图像（红色=Au，蓝色=Ir）。(f) 沿箭头方向从单个粒子（插图；比例尺：10 nm）记录的元素 Au 和 Ir 的线扫描 EDX 光谱。(g) 从Au-Ir NPs和初始Au NPs种子获取的XPS调查光谱（图S1中的样本）。(h) 中显示的Ir 4f区域的高分辨率XPS光谱。
图 2. 以Au-Ir NPs作为催化剂，TMB的过氧化反应的动力学检测。在pH为4.0的0.2 M HOAc/NaOAc缓冲溶液中，含有2.0 M H2O2、5.3×10-14 M Au-Ir NPs和不同浓度的TMB，在室温下测量初始反应速度（v）。(a) v与TMB浓度的关系图。(b) 由(a)导出的双倒数图。误差条表示三个独立测量的标准偏差。
随后，Au-Ir NPs被用作CLFA的标签，分别对癌胚抗原（CEA，结直肠癌的生物标志物）和前列腺特异性抗原（PSA，前列腺癌复发的生物标志物）两种生物标志物进行检测，并将其结果与传统Au NPs作比较（图3与图4）。对于这两种标志物而言，基于Au-Ir NPs的 CLFA 的肉眼检测限比基于Au NPs的检测限低200倍左右。具有类过氧化物酶催化活性的Au-Ir NPs可以将传统 CLFA 的检测灵敏度提高 100 倍以上。
图 3. 使用基于Au-Ir NPs的CLFA和传统的基于Au NPs的CLFA检测CEA。(a) 显示基于 Au-Ir NPs的CLFA原理的示意图。(b) 从CEA标准的两个CLFA中拍摄的代表性照片。星号 (*) 表示肉眼检测限度。(c) (b) 中所示结果的相应校准曲线。误差条表示六个独立测量的标准偏差。(c) 的插图显示了基于Au-Ir NPs的CLFA的线性范围区域。
图 4. 使用基于Au-Ir NPs的CLFA和传统的基于Au NPs的CLFA检测PSA。(a) 从PSA标准的两个CLFA中拍摄的代表性照片。星号 (*) 表示肉眼检测限度。(b) (a) 中所示检测结果的相应校准曲线。误差条表示六个独立测量的标准偏差。(b) 的插图显示了基于Au-Ir NPs的CLFA 的线性范围区域。
本文证明，Au-Ir NPs具有强类过氧化物酶催化活性，它极大地加快了CLFA释放有色因子的反应，产生的强烈颜色信号确保了CLFA的高灵敏度。与传统的基于Au NPs的CLFA相比，基于Au-Ir NPs的CLFA的灵敏度高出2个数量级。在这项工作中提出的CLFA作为一种灵敏便捷的即时检测技术有望在体外诊断中得到广泛应用。
2022
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撰稿：磨东泽
审阅：李通
编辑：王建森
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