一种光驱动类氧化物酶活性纳米酶用于检测金黄葡萄球菌

　　摘要：面对日益严重的细菌感染及其对食品安全和人类健康的威胁，探索具有特异性和敏感性的细菌策略是必不可少的。纳米酶比色生物传感器具有易于读取和催化信号放大的优点，引起了人们越来越多的关注。然而，很少有研究涉及到具有优异的光驱动氧化酶样活性的纳米酶。本研究基于光驱动氧化酶样纳米酶(PHCS@CuNcPOPTP)和自链连接过程构建了一种检测金黄色葡萄球菌(S. aureus)的灵敏比色生物传感器。采用一步Friedel-Crafts烷基化反应制备了中空的有机无机纳米复合材料(PHCS@CuNcPOPTP)。PHCS@CuNcPOPTP由于其独特的光敏性质，表现出优异的和协同增强的光驱动氧化酶样活性。随后，PHCS@CuNcPOPTP作为支架，分别装载兔抗金黄色葡萄球菌抗体(bs-4582R, Ab2)、DNA1和DNA2.构建信号探针(PHCS@CuNcPOPTP@Au-Ab2/DNA1、PHCS@CuNcPOPTP@Au-DNA1和PHCS@CuNcPOPTP@Au-DNA2)。通过信号探针之间的DNA重复杂交，形成大量PHCS@CuNcPOPTP-DNA树状大分子，在没有高浓度H2O2参与的情况下触发显色反应，导致级联催化扩增，背景信号较低。正如预期的那样，该传感平台具有超灵敏的细菌检测，具有非常宽的线性范围(101 ~ 108 CFU/mL)和检测限(LOD, 3.40 CFU/mL)。

　　图1展示了基于PHCS@CuNcPOPTP的金黄色葡萄球菌检测信号增强比色生物传感器原理。图2展示了PHCS@CuNcPOPTP合成的具体方案。图3为该传感器对金黄色葡萄球菌的检测可行性评估以及检测性能的评价。结果表明，自链连接过程扩增途径是成功的，该生物传感器检测金黄色葡萄球菌的策略是可行的。经计算，其检测灵敏度达到了3.40 CFU/mL。

　　图1. 基于PHCS@CuNcPOPTP的金黄色葡萄球菌检测信号增强比色生物传感器原理.

　　图2. PHCS@CuNcPOPTP的合成方案。

　　图3. 该传感器的可行性及检测性能。

　　总结：本文提出了一种基于PHCS@CuNcPOPTP光驱动氧化酶样纳米酶和自链连接扩增过程的新型金黄色葡萄球菌比色生物传感器。该生物传感器具有以下优点:(1)CuNcPOPTP具有较宽的吸收和较小的能级带隙的优异光学性能，有效提高了其光吸收/收集效率;(2) PHCS@CuNcPOPTP具有中空结构，由于CuNcPOPTP和PHCS之间有效的电子传递以及质量/电子穿透的多孔通道，显示出协同增强的光驱动氧化酶活性;(3) PHCS@CuNcPOPTP在光照下能有效地将O2转化为ROS，在没有高浓度H2O2参与的情况下催化TMB氧化生成比色信号，从而有效地降低了背景信号;(4)引入简单的自连接过程，使大量的PHCS@CuNcPOPTP被固定，从而进一步放大读出信号。利用这些优点，构建了一种检测金黄色葡萄球菌的超灵敏生物传感器，线性范围为101 ~ 108 CFU/mL，检测限低。这项工作不仅为精心设计具有独特光敏性能的持久性有机污染物材料提供了基础，而且为光驱动氧化酶类纳米酶在生物传感器和临床诊断中的应用提供了潜在的机会。

　　参考文献：

　　Duan, Binqiu, et al. "Colorimetric detection of Staphylococcus aureus based on self-linkable and hollow organic-inorganic nanocomposites as light-driven oxidase-like nanozyme for cascade signal amplification." Sensors and Actuators B: Chemical 409 (2024): 135547.