文章导读

全球肺癌病例在癌症统计中占据了显著比例，而小细胞肺癌 (SCLC) 因其侵袭性强、增殖迅速，往往在发现时已进入晚期，致使治疗效果不佳，生存率极低。为提高SCLC患者的早期诊断率，神经元特异性烯醇化酶 (NSE) 被用作一种重要的肿瘤标志物，其在早期检测与治疗效果监控方面有重要作用。传统检测NSE的方法包括电化学分析、色谱法、荧光检测等，然而这些方法在灵敏度和操作复杂性上存在诸多限制。纳米酶材料，特别是具有类过氧化物酶活性的MoS₂复合材料，为改进NSE检测的灵敏度和简易性提供了新契机。

本篇由齐鲁工业大学迟虹教授与王耀光教授团队撰写并发表于 Chemosensors 期刊的文章阐述了一种创新的电化学免疫传感方法，旨在通过MoS₂@Au复合纳米酶对神经元特异性烯醇化酶 (NSE) 进行高灵敏度检测。NSE是一种重要的癌症标志物，其在小细胞肺癌的早期诊断和治疗中具有关键作用。该方法通过使用花状MoS₂结构负载金纳米团簇 (Au NCs) 来形成MoS₂@Au纳米酶，进而增强了检测信号和灵敏度。基于该复合材料的免疫传感器展示了卓越的选择性、重现性和稳定性。

研究过程和结果

研究方法与技术创新

在本研究中，通过水热法将MoS₂纳米片制备成花状结构，增加其比表面积和催化活性，并进一步通过原位生长将Au纳米团簇负载于其表面形成MoS₂@Au复合结构。此结构不仅优化了MoS₂的模拟酶活性，还提升了对H₂O₂的催化分解效率，从而增强了电流响应。同时，将NSE的一抗 (Ab1) 固定于改性的还原氧化石墨烯 (rGO-TEPA) 电极表面，通过NSE捕获后引入与MoS₂@Au复合纳米酶结合的二抗 (Ab₂) 形成夹心型结构，利用电极上NSE的特异性识别与MoS₂@Au催化H₂O₂的能力实现信号放大 (图1)。最后，该研究还针对检测溶液pH值、rGO-TEPA浓度、抗体孵育时间和H₂O₂浓度等参数进行优化，以获得最佳的检测灵敏度与特异性。研究结果表明，pH 5.7的PBS缓冲液、1.0 mg/mL的rGO-TEPA和5 mmol/L的H₂O₂浓度组合能够产生最强电流信号。

• 图1. (A) MoS₂@Au-Ab₂生物标记物制备示意图；(B) 电化学免疫传感器的制作示意图。

实验结果与分析

MoS₂和MoS₂@Au纳米酶的表征：通过X射线衍射 (XRD) 和扫描电子显微镜 (SEM) 对MoS₂纳米酶的形貌进行了表征。结果显示，MoS₂纳米酶呈现出花状结构，为Au NCs的负载提供了丰富的位点。能量色散光谱 (EDS) 分析表明，MoS₂@Au纳米酶中Mo、S和Au三种元素分布均匀 (图2)。本研究通过电化学阻抗谱 (EIS) 对免疫传感器进行了表征。结果显示，随着免疫传感器的逐步构建，电子传递电阻逐渐增加，而MoS₂@Au-Ab₂生物标记物的修饰显著降低了电阻，表明其出色的电子传递能力。同时，该研究在最佳条件下，构建了一系列电化学免疫传感器来检测不同浓度的NSE。随着NSE浓度的增加，安培响应也随之增加。电流信号与NSE浓度的对数值呈线性关系，检测范围为0.1 pg·mL-1至10 ng·mL-1，检测限为0.05 pg·mL-1 (图3)。

• 图2. MoS₂纳米酶的 (A) XRD和 (B) SEM；MoS₂@Au纳米酶的 (C) SEM和 (D1至D3) EDS元素分布图谱；(E) MoS₂@Au纳米酶的EDS图谱。

• 图3. (A) 研究所制备的免疫传感器对不同浓度NSE的电流响应；(B) 免疫传感器对不同浓度NSE的校准曲线；(C) 免疫传感器检测NSE的选择性；(D) 免疫传感器的稳定性。

重现性实验显示，该传感器的相对标准偏差 (RSD) 为1.51%，具有较高的重现性。通过将其他干扰物质如CEA、cyfra21-1和BSA与NSE一起检测，结果表明传感器对NSE的检测具有良好的选择性。储存48小时后，电流响应仅下降13%，表明其在短期内具有良好的稳定性。本研究通过加标回收法评估了免疫传感器在实际样本中的应用潜力。结果显示，添加的NSE回收率为97.6%至99.9%，相对标准偏差 (RSD) 在1.48%至3.35%之间，表明该免疫传感器有望用于监测实际样本。

文章总结

本文构建了一种基于MoS₂@Au纳米酶的夹心型免疫传感器，实现了NSE的灵敏检测。rGO-TEPA提供了丰富的位点用于固定足够的一抗，而MoS₂的催化活性和结构特性有效放大了安培响应并提高了策略的灵敏度。该免疫传感器具有低检测限 (0.05 pg·mL-1)、高抗干扰性和良好的重复性，有望应用于NSE的早期诊断，以及其他疾病标志物的测定。本研究的成功为电化学免疫传感器在生物标志物检测领域的应用提供了新的视角，特别是在NSE这一关键生物标志物的检测上展现出巨大的潜力。MoS₂@Au纳米酶的创新应用不仅提高了检测的灵敏度和选择性，也为未来生物传感器的设计和开发提供了新的思路。随着纳米科技的不断进步，我们有理由相信，这类高性能的电化学免疫传感器将在精准医疗领域发挥越来越重要的作用。

原文信息

Wang, Y.; Wang, H.; Bai, Y.; Zhao, G.; Zhang, N.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Chi, H. MoS₂@Au as Label for Sensitive Sandwich-Type Immunoassay of Neuron-Specific Enolase. Chemosensors 2023, 11, 349. https://doi.org/10.3390/chemosensors11060349

Chemosensors 期刊介绍

期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。

• 2024 Impact Factor: 3.7
• 2024 CiteScore: 7.3