【分析】L-Cys-hemin/G-四分体构建新型电化学自催化平台用于高灵敏生物分析检测

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与天然蛋白酶相比，hemin/G-四分体具有操作稳定性高、对外界环境不敏感以及制备成本低等优点，因而引起研究者越来越多的兴趣。然而，人工酶对底物缺乏结合位点，导致其对底物的亲和力相对较低，限制了催化效率的提高。因此，人们迫切需要一种简便的新方法来增强hemin/G-四分体与其底物结合的亲和力。

最近，为了提高人工酶的催化效率，研究人员试图通过控制酶和底物在一定空间区域内的距离，以提高亲和力，从而缩短酶与底物的距离。但酶的封装具有随机性，其无序分布引起空间效应，仍然抑制了催化效率的提高。最近，西南大学的袁若、卓颖教授通过将底物L-半胱氨酸（L-Cys）和氯化血红素（hemin）结合，形成L-Cys-hemin/G-四分体自催化复合物，显著提高了其与底物L-Cys的亲和力；同时借助氢键和静电作用，L-Cys-hemin/G-四分体复合物表面可形成L-Cys双层，有利于将测试底液中的L-Cys富集在活性中心周围，进一步提高了催化效率。

基于此，该团队制备了二茂铁掺杂的聚电解质空心纳米球（Fc-PHN）作为氧化还原标签，以L-Cys-hemin/G-四分体复合物构建自催化放大策略用于凝血酶的电化学检测。首先，他们将二茂铁单羧酸交联聚乙烯亚胺（Fc-PEI）和聚丙烯酸（PAA）以静电自组装的方式交替包覆在SiO₂纳米颗粒表面，并进一步通过HF刻蚀SiO₂来制备Fc-PHN。随后，他们将两条具有特定序列的DNA短链通过杂交链式反应产生枝状的双链DNA（branched DNA）。基于静电作用力，枝状双链DNA可以组装在Fc-PHNs的表面以制备识别探针（branched DNA/Fc-PHN）。当支链DNA/Fc-PHN与L-Cys-hemin孵育时，支链DNA/Fc-PHN表面生成L-Cys-hemin/G-四分体核酸酶，随后形成L-Cys-hemin/支链G-DNAs/Fc-PHNs，并储存在含有L-Cys的PBS中以形成L-Cys双层。

如传感器响应原理示意图所示，当L-Cys-hemin/支链G-DNAs/Fc-PHN捕获在传感界面时，L-Cys-hemin/G-四分体借助三（2-羧乙基）膦（TCEP，可将二硫化物还原为相应的硫醇），可获得显著增强的自催化氧化还原信号。

该研究设计了基于L-Cys-hemin/G-四分体自催化的新型电化学放大策略，相比于传统的hemin/G-四分体，其表面具有自组装双层L-Cys的L-Cys-hemin/G-四分体自催化复合物，使亲和力显著提高。该策略消除了底物L-Cys的扩散动力学效应，加速了底物中间体的转移时间，并有效防止扩散过程中间体的损失，实现了对目标物低至皮摩尔的检测。

这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为西南大学化学化工学院的硕士研究生周宇程，西南大学化学化工学院的袁若、卓颖教授为通讯作者。相关研究工作得到国家自然科学基金委的支持。

该论文作者为：Yu-Cheng Zhou, Xiao-Xue Ran, An-Yi Chen, Ya-Qin Chai, Ruo Yuan,Ying Zhuo

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Efficient Electrochemical Self-Catalytic Platform Based on L-Cys-hemin/G-quadruplex and Its Application for Bioassay

Anal. Chem., 2018, 90, 9109, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01526

导师介绍

袁若

http://www.x-mol.com/university/faculty/13979

卓颖

http://www.x-mol.com/university/faculty/13990

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