徐茂田&周艳丽&王涛&董辉Anal. Chem.：单探针双模电化学和荧光检测丁酰胆碱酯酶

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研究内容

血液中生物标志物的高精度检测对于许多疾病的诊断和治疗至关重要。

商丘师范学院徐茂田教授、周艳丽教授、王涛副教授和董辉副教授提出了一种基于单探针的双模传感器（Re-BChE），该传感器使用双信号电化学比率策略和“开启”荧光方法。所开发的比率电化学传感器和荧光检测对丁酰胆碱酯酶（BChE）浓度表现出高灵敏度，低检测限分别为0.08 μg mL-1和0.05 μg mL-1。该传感器可用于灵活准确地检测小鼠脑阿尔茨海默病（AD）模型血清中的BChE。相关工作以“Dual-Mode Ratiometric Electrochemical and Turn-On Fluorescent Detection of Butyrylcholinesterase Utilizing a Single Probe for the Diagnosis of Alzheimer’s Disease”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1.作者首先使用异吩恶唑酮（Re）和环丙烷羧酸氯化物一步法合成了双模探针Re-BChE。其中，环丙烷羧酸氯化物是目标物BChE的识别元件；Re因其高水溶性（>99%）、优异的光学性能（橙色发射、高亮度）、良好的生物耐受性和在电化学过程中的可逆性被选为荧光团和电活性底物。

要点2.酯基作为理想的连接基，在Re-BChE对BChE的催化作用中起着至关重要的作用。在BChE存在下，初始分子的酯基被激活，然后水解产生游离Re。作者使用单壁碳纳米管（SWCNT）修饰的SiC纤维微电极作为电化学装置可进一步放大电化学信号

要点3.由于特定的水解反应，探针Re-BChE在−0.28 V vs Ag/AgCl时表现出BChE的开启电流响应，随后在-0.18 V时呈现出关闭电流响应，荧光光谱表现出发射波长为600 nm的开启响应。所开发的比率电化学传感器和荧光检测对BChE浓度表现出高灵敏度，低检测限分别为0.08μg mL-1和0.05μg mL-1。发现血清中BChE水平的直接双模电化学和荧光定量的结果与使用市售的BChE传感检测试剂盒获得的结果一致。

电化学荧光法为检测多种生物酶提供了一条新的途径，用于体外诊断，从而扩大了其在临床医学和生物信息学中的应用范围。

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研究图文

图1.（A，B）具有不同放大率的SiCFME/CNT表面的SEM。（C）50 μM Re-BChE在不存在（a）和存在（b）100 μg mL-1BChE的情况下的CV。（D）Re-BChE对BChE的光谱特征。Re-BChE在37℃下与100 μg mL-1 BChE于0.1 M PBS缓冲液（pH 7.4）中孵育20分钟前（a，c）和后（b，d）的吸收光谱和荧光光谱以及（e）单独BChE的吸收光谱。

图2.（A）Re-BChE和（B）Re的氧化还原峰电位与v之间的相关性。（C）Re-BChE和（D）Re的峰电位随pH的变化。Epa表示氧化峰电位。Epc表示还原峰电位。

图3.（A，B）50 μM Re-BChE与100 μg mL-1 BChE孵育不同温度和时间后获得的Δ（jon/joff）。（C）CFME/SWCNT电极在0.1 M PBS溶液（pH 7.4）中，获得的50 μM Re-BChE与不同浓度的BChE（0−0.15 mg mL-1）孵育的DPV。（B）比率信号Δ（jon/joff）对BChE浓度的依赖性；插图，Δ（jon/joff）比与BChE浓度（μg mL-1）的对应校准图。

图4.（A）不同浓度BChE（0、0.5、1.0、2.5、5.0、10、20、35、50、75、100 μg mL-1）的Re-BChE探针（50 μM）的荧光光谱。（B）BChE传感的线性关系。（C）在阳光和365 nm紫外线下从水性悬浮液中获得的相应照片。（D）在加入各种生物相关竞争分析物后，在100 μg mL-1 BChE存在下，600 nm处的Re-BChE探针（50 μM）的强度：（1）AChE（20 μg mL-1），（2）β-半乳糖苷酶（20 μg mL-1），（3）碱性磷酸酶（20 μg mL-1），（4）溶菌酶（20 μg mL-1），（5）谷胱甘肽（5.0 mM），（6）半胱氨酸（5.0 mM），（7）抗坏血酸（1.0 mM）、（8）多巴胺（10 μM）、（9）尿酸（1.0 mM），（10）葡萄糖（1.0 mM），（11）Cu2+（20 μM）、（12）Fe3+（20 μM）、（13）Ca2+（10 mM）和（14）Mg2+（10 mM）。λex=405 nm。

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文献详情

Dual-Mode Ratiometric Electrochemical and Turn-On Fluorescent Detection of Butyrylcholinesterase Utilizing a Single Probe for the Diagnosis of Alzheimer’s Disease

Hui Dong,* Le Zhao, Tao Wang,* Yanan Chen, Wanqing Hao, Ziyi Zhang, Yizhao Hao, Cunliang Zhang, Xiuhua Wei, Yintang Zhang, Yanli Zhou,* Maotian Xu*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.3c00974