摘要：乙酰胆碱酯酶（AChE）及其抑制物焦磷酸硫胺素（TPP）是神经系统疾病（如阿尔茨海默病）发病机制中的重要生物标志物和临床常用的治疗靶点，监测AChE活性及其抑制物对于神经疾病的早期诊断和治疗至关重要。近年来，基于贵金属纳米酶的比色传感方法因其操作简便、灵敏度高

*今日头条上无法显示上标、下标，欲获得更好的阅读体验请前往微信公众号。

*本文首发于“纳米酶 Nanozymes”公众号，2024年12月26日。

01

背景介绍

乙酰胆碱酯酶（AChE）及其抑制物焦磷酸硫胺素（TPP）是神经系统疾病（如阿尔茨海默病）发病机制中的重要生物标志物和临床常用的治疗靶点，监测AChE活性及其抑制物对于神经疾病的早期诊断和治疗至关重要。近年来，基于贵金属纳米酶的比色传感方法因其操作简便、灵敏度高、成本低，被广泛用于生物标志物高灵敏检测。然而，贵金属纳米颗粒在反应过程中容易团聚，限制了其在生物医学中的应用。将贵金属纳米颗粒负载在载体上是解决上述问题的有效策略，不但能克服纳米颗粒团聚的问题，同时还能通过贵金属纳米颗粒与载体协同作用来增强纳米酶的催化活性，从而提升基于纳米酶的比色传感平台的检测灵敏度。

基于此，四川大学华西医院胡文闯教授、孙旭平教授、陈蕾教授与庄伟华副研究员基于金纳米颗粒修饰的钴铝层状双氢氧化物（Au@CoAl-LDH-m）纳米酶，开发了一种用于灵敏、特异检测AChE及其抑制物的比色传感方法，相关成果以“Gold Nanoparticles Decorated CoAl LDH Monolayer: A Peroxidase-Like Nanozyme for Sensitive Colorimetric Detection of Acetylcholinesterase and Inhibitors”为题发表在Inorganic Chemistry上，四川大学华西医院硕士研究生余兴陟为第一作者。

02

研究内容

该研究中AChE能在体外催化乙酰硫代胆碱（ATCh）水解为硫代胆碱（TCh），TCh可通过占据活性位点来抑制Au@CoAl-LDH-m纳米酶的POD样活性；Au@CoAl-LDH-m的POD样活性改变可进一步表现为其催化显色底物TMB产生的比色信号的变化，最终根据可视化比色信号来实现AChE和TPP的定量检测（图1）。

图1.基于Au@CoAl-LDH-m的AChE活性及其抑制剂TPP的比色法检测示意图

该研究首先合成了具有POD活性的Au@CoAl-LDH-m纳米酶，并通过原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）（图2）及X射线光电子能谱（XPS）（图3）对其晶体结构和形貌进行了表征。

图2. （a）CoAl-LDH-m的AFM图像；（b）CoAl-LDH-m的测量厚度图；（c）Au@CoAl-LDH-m的XRD图；Au@CoAl-LDH-m的TEM（d）、HRTEM（e）和EDS（f） 元素映射图。

图3.（a）Au@CoAl-LDH-m和CoAl-LDH-m的XPS光谱；（b）Au@CoAl-LDH-m在Au 4f区的XPS光谱；Au@CoAl-LDH-m和CoAl-LDH-m在（c）Co 2p和（d）Al 2p区域的XPS光谱。

通过比色法探究了所合成纳米酶的POD活性，结果表明，Au@CoAl-LDH-m在H2O2存在时，能够成功氧化TMB，产生蓝色的ox-TMB。此外，通过稳态动力学分析对比了Au@CoAl-LDH-m纳米酶与CoAl-LDH-m的米氏常数Km及Vmax，结果表明将金纳米颗粒修饰在CoAl-LDH-m上后能显著提升其POD活性（图4）。

图4.（a）不同反应体系的吸光度谱图；（b）CoAl-LDH-m和Au@CoAl-LDH-m对TMB和H2O2的酶动力学参数比较；Au@CoAl-LDH-m的Michaelis-Menten曲线（c）TMB作为浓度变化底物和（d）H2O2作为浓度变化底物（插图为相应的Lineweaver-Burk图）。

最后，基于Au@CoAl-LDH-m纳米酶的比色传感平台成功实现了对AChE及TPP灵敏、特异的比色检测。通过AChE水解ATCh产生的TCh对Au@CoAl-LDH-m催化产生的比色信号的抑制效果，实现了AChE活性的定量检测，线性范围为1至100 mU mL–1（图5）。同时，通过TPP对AChE的抑制效果，该传感平台实现了对TPP的定量检测，线性范围为1至1000 ng mL–1（图6）。此外，通过向反应体系中加入几种常见的物质来探究该传感平台的选择性，结果表明其具有良好的抗干扰能力。

图5.（a）不同反应体系的吸光度谱图；（b）不同浓度AChE下吸收光谱的3D墙形图；（c）（A0–A）/A0 × 100%与AChE浓度对数（1至100 mU mL–1）的线性拟合曲线（插图：显示拟合曲线）；（d）使用传感平台比色检测AChE的特异性。

图6.（a）不同反应体系中的吸光度谱图；（b）不同浓度TPP吸收光谱的3D瀑布图；（c）652 nm处吸光度与TPP浓度对数（1至1000 ng mL–1）的线性拟合曲线（插图：显示拟合曲线）；（d）研究传感平台比色检测TPP的特异性。

总之，基于Au@CoAl-LDH-m纳米酶的比色传感平台在监测AChE活性及其抑制物TPP方面表现出高灵敏度，可分别达到0.092 mU mL–1（AChE）和0.201 ng mL–1（TPP）的最低检测限。该平台还表现出优异的选择性、重现性和稳定性。这项工作不仅为检测AChE和TPP提供了一种灵敏且经济高效的方法，而且为合理设计具有广泛生物学应用的贵金属修饰的LDHs单层纳米酶提供了思路。

来源：科学小助手