BB:基于金属有机框架纳米载体的高稳定性、高灵敏度自供能生物传感平台检测外泌体

生物燃料技术 生物传感器技术
秦川    2021-01-07    807

  背景介绍

  基于生物燃料电池(Biofuel cells, BFCs)的自供能生物传感是一种目标物浓度直接对应于BFCs输出功率的新型电化学分析方法,具有无需外部电源、抗干扰能力强、易于小型化等独特优点,越来越引起人们的广泛关注。虽然自供能传感研究在生物检测领域已取得重要进展,但生物酶极易失活及生物传感器性能不佳,导致传感器稳定性差、灵敏度低,是限制其发展的瓶颈问题。因此,开发高效、稳定、灵敏的自供能生物传感新方法极具挑战且意义重大。

  近期,青岛农业大学李峰教授课题组基于两种金属有机框架(MOFs)纳米载体,开展了高稳定性、高灵敏度自供能生物传感检测外泌体的研究工作,相关成果以“Highly Sensitive and Stable Self-Powered Biosensing for Exosomes Based on Dual Metal-Organic Frameworks Nanocarriers”为题发表在Biosensors and Bioelectronics上。

  (谷成成博士为文章的第一作者,盖盼盼教授和李峰教授为共同通讯作者,DOI: 10.1016/j.bios.2020.112907)

  主要内容介绍

  作者将两种MOFs材料分别作为阳极生物酶和阴极电活性分子的载体,构建了基于BFCs的自供能生物传感平台,同时增强传感器的稳定性及灵敏度。具体为:将阳极酶葡萄糖脱氢酶(GDH)包裹在MOFs材料ZIF-8中,形成GDH@ZIF-8复合材料,封装在ZIF-8载体中的GDH表现出更高的催化活性和对pH与温度更好的耐受性。同时,负载有电活性分子(K3[Fe(CN)6])的锆基MOFs材料UiO-66-NH2作为纳米富集载体([Fe(CN)6]3-/UiO-66),增强阴极接受电子的能力,进而提高传感器的灵敏度。该工作选用外泌体作为模型分析物,外泌体是一种携带有丰富特异性蛋白及遗传信息的纳米级(30~150nm)小泡,由磷脂双分子层组成,参与细胞间通信。外泌体过表达与癌症或其他病理密切相关,是重要的非侵入性生物标志物。当目标物存在时,基于UiO-66-NH2中的Zr4+与外泌体表面磷脂双分子层的特异性结合,[Fe(CN)6]3-/UiO-66绑定于阴极表面得到电子,此时BFCs开路电压明显增大,实现了外泌体的自供能传感、开信号检测,传感器具有良好的稳定性及优异的灵敏度,稳定工作4000 s仍保持高活性,检出限低至300 particles mL-1(3s/k),优于目前文献中报道的检测结果。值得一提的是,所构筑的外泌体自供能生物传感平台能有效区分不同细胞系。总之,本工作利用两种类型的MOFs材料作为纳米载体,同时提高了传感器的稳定性与灵敏度,为扩展基于BFCs的自供能生物传感应用奠定了重要基础。

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