纳米酶助力流感病毒检测：超快速、高灵敏度的新型生物传感器

在公共卫生领域，流感病毒的快速、灵敏检测对于控制疫情传播至关重要。传统检测方法往往存在操作复杂、耗时长、需要专业技术人员等局限性。然而，最近一项发表在《Biosensors and Bioelectronics》杂志上的研究，为我们带来了一种基于纳米酶催化的新型鼻咽拭子传感器，它能够实现对流感病毒的超快速比色检测和高灵敏度拉曼光谱定性分析。

创新材料：双金属金属有机框架（MIL-101(CoFe)）

研究的核心是一种名为MIL-101(CoFe)的双金属金属有机框架（MOFs）。这种材料因其独特的结构和性能而备受关注。MIL-101(CoFe)通过将钴（Co）和铁（Fe）原子巧妙地结合在一起，展现出显著增强的过氧化物酶（POD）样活性。这种活性使得MIL-101(CoFe)能够在酸性环境下高效催化过氧化氢（H₂O₂），将无色的底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）氧化为蓝色的氧化TMB（ox-TMB），这一过程不仅为比色检测提供了直观的信号，还因其特征拉曼峰（1609 cm⁻¹）为拉曼光谱检测提供了可能。

图1基于MIL-101 (CoFe)的生物传感器制备流程以及用于鼻咽拭子上乙型流感病毒（IBV）检测的比色/表面增强拉曼光谱（SERS）方法的示意图。

传感器构建与性能

研究人员通过在MIL-101(CoFe)表面修饰流感病毒抗体（Anti-FluB-MmAb），成功构建了针对流感B型病毒（IBV）的特异性传感器（MA）。这种传感器能够特异性地结合鼻咽拭子表面的病毒，实现对病毒的快速、可见、准确的比色检测，同时通过拉曼光谱的定量分析，检测限低至1.3 ng/mL，且检测过程仅需5分钟。

图2. (A)在MIL-101 (Fe)和MIL-101 (CoFe)存在下TMB显色反应的示意图。(B)不同物质在20 mM乙酸盐缓冲液（pH 4.5）中的拉曼光谱。MOFs、H₂O₂和TMB的浓度分别为0.1 mg/mL、1.0 mM和1.0 mM。n=10次测量。(C) MIL-101 (CoFe)与MIL-101 (Fe)界面的差分电荷密度。绿色和黄色分别表示电子耗尽和电子积累，等值面数值为0.004 e/Bohr³。(D, E)反应前后MIL-101 (CoFe)中Fe 2p (D)和Co 2p (E)的高分辨率X射线光电子能谱。(F) H₂O₂/MIL-101 (CoFe)和H₂O₂/MIL-101 (Fe)体系反应过程的自由能图。(G) MIL-101 (CoFe)分解H₂O₂的理论研究。

实验验证与临床应用

为了验证这种传感器的实际应用价值，研究人员进行了一系列实验。他们模拟了人类鼻咽拭子样本，将不同浓度的IBV病毒加入到棉签中，然后使用MA溶液进行检测。实验结果表明，随着IBV浓度的增加，拉曼光谱中ox-TMB的特征峰强度显著增强，且在0.417mg/mL到3.25μg/mL的浓度范围内呈现出良好的线性关系。

进一步地，研究人员将这种传感器应用于唾液样本中IBV的检测。实验结果表明，即使在复杂的唾液环境中，该传感器依然能够有效地检测到IBV病毒，且检测结果与标准的逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）方法高度一致。此外，该传感器还表现出良好的选择性，能够从多种生物样本中特异性地识别IBV病毒。

图3 (A)浸入MA/TMB/H₂O₂溶液中含有不同生物样品的咽拭子的拉曼光谱。n=10次测量。(B)来自(A)中不同生物样品在1609 cm⁻¹ 处的强度。(C)浸入MA/TMB/H₂O₂溶液中含有不同浓度IBV的咽拭子的拉曼光谱。n=10次测量。(D) 1609 cm⁻¹处的变化强度与IBV浓度对数函数之间的线性关系。n=3次测量。插图：不同IBV浓度下体系的颜色变化。

技术优势与未来展望

这种基于MIL-101(CoFe)的传感器具有诸多优势。首先，它的检测速度快，能够在短时间内给出检测结果，这对于快速诊断和控制疫情传播具有重要意义。其次，该传感器的灵敏度高，能够检测到极低浓度的病毒，有助于早期发现感染病例。此外，这种传感器的操作简便，不需要复杂的样品预处理和专业设备，适合在基层医疗机构和现场检测中广泛应用。

尽管如此，这种传感器的高选择性依赖于特定的抗体，这可能会带来抗体纯化、成本和稳定性方面的挑战。未来的研究可以进一步优化抗体的固定方法，提高传感器的稳定性和重复使用性。此外，研究人员还可以探索将这种传感器与其他检测技术相结合，以进一步提高检测的准确性和可靠性。

总之，这项研究为我们提供了一种快速、灵敏、简便的流感病毒检测新方法，有望在公共卫生监测和临床诊断中发挥重要作用。随着技术的不断进步和完善，这种基于纳米酶的传感器有望成为应对流感疫情的有力工具。

参考文献：

Liu Y, Wang M, Zhou G, et al. Magnetic MOF-based sensing platform integrated with graphene field-effect transistors for ultrasensitive detection of infectious disease[J]. Bioelectrochemistry, 2025, 165: 108951.