西北农林科技大学王丽Anal. Chem.：PdRu纳米酶联用酶联免疫吸附法检测大肠杆菌O157:H7！

研究内容

目前，食源性病原体引起的感染性疾病的高发一直是人们高度关注的问题。大肠杆菌O157:H7（E. coli O157:H7）是污染食品和水的最有害的食源性病原体之一，由于其危害性，已被列为环境水质监测和食品安全检测的重要目标，可能导致大规模传染病的爆发。迄今为止，一系列分析方法已被应用于分析物检测，如电化学生物传感器、拉曼散射（SERS）、侧流分析（LFA）平台等。然而，这些方法的检测批次低，人员训练有素，分析仪器昂贵，不适用于资源有限的条件。

纳米酶具有易于制备和在恶劣环境中具有优异稳定性的优点，不仅可以作为信号发生器和目标识别器，而且分别对传感器的灵敏度和选择性起着关键作用。纳米酶作为一种具有低成本和稳定性的酶模拟物，在提高分析性能方面引起了人们的广泛关注。

西北农林科技大学王丽教授采用双金属PdRu纳米酶代替天然酶作为催化载体，开发了一种模拟过氧化物酶的纳米酶改良酶联免疫吸附试验（ELISA），用于检测大肠杆菌O157:H7（E. coli O157/H7）。PdRu纳米酶显示出超高的催化活性，其催化速率是辣根过氧化物酶（HRP）的5倍。结果显示，基于PdRu的ELISA不仅实现了约288倍的超灵敏检测灵敏度（8.7×10² CFU/mL），而且具有令人满意的特异性和再现性（相对标准偏差（RSD）<10%）。相关工作以“A Versatile PdRu Bimetallic Nanoenzyme-Integrated Enzyme-Linked Immunosorbent Assay for Highly Sensitive Escherichia coli O157:H7 Detection”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 作者制备的PdRu纳米酶显示出超高的催化活性，其催化速率是辣根过氧化物酶（HRP）的5倍；与抗体具有良好的生物亲和性（亲和常数约为6.75×10¹² M）和高稳定性。

要点2. 作者进一步构建了基于PdRu-ELISA的用于检测大肠杆菌O157:H7新型比色生物传感器。与传统的基于HRP的ELISA相比，基于PdRu-ELISA传感器不仅实现了约288倍的超灵敏检测灵敏度（8.7×10² CFU/mL），而且具有令人满意的特异性和再现性（相对标准偏差（RSD）<10%）。构建的PdRu-ELISA已成功应用于鸡肉、牛奶、猪肉和牛肉等真实样品，证明了其在食品中分析物超灵敏检测方面的巨大潜力。

要点3. PdRu纳米酶具有以下优点：（1）所合成的钯Ru均匀且尺寸小（约25 nm），具有良好的稳定性和生物相容性。（2）PdRu的过氧化物酶活性不仅高于常规HRP，而且高于单个Pd和Ru纳米颗粒，表明PdRu之间存在协同作用。（3）由于Ru和Pd对蛋白质的亲和力，在不添加其他交联试剂的情况下简化了抗体固定的步骤。（4）3D双金属纳米酶是捕获单克隆抗体（mAb）的有前途的生物相容性载体，使PdRu mAb探针具有高亲和力常数（ka）值（≈10¹²）。

研究图文

图1.（A）PdRu的制备过程示意图。（B）PdRu的SEM、（C）TEM、（D）XRD和（E）XPS。（F）Ru 3p和（G）Pd 3d的高分辨率XPS。

图2. （A）检测大肠杆菌O157:H7的PdRu-ELISA示意图。（B）PdRu/TMB/H₂O₂、PdRu/TMB、TMB/H₂O₂、PdRu/H₂O₂，PdRu、TMB和H₂O₂的紫外-可见吸收光谱。（C，D）PdRu的Michaelis-Menten曲线的双倒数图。

图3.（A）PdRu、PdRu mAb和mAb的FT-IR光谱。（B）PdRu和PdRu mAb的Zeta电位。（C）大肠杆菌O157:H7的SEM。PdRu-大肠杆菌O157:H7缀合物的（D、E）SEM和（F）TEM。

图4. PdRu-ELISA的优化。

图5.（A）PdRu-ELISA和（D）常规HRP-ELISA的吸光度信号与大肠杆菌O157:H7浓度的关系。（B）PdRu-ELISA和（E）常规HRP-ELISA的吸光度信号对大肠杆菌O157:H7浓度的相应线性响应。（C）PdRu-ELISA的特异性评价。（F）PdRu-ELISA与常规HRP-ELISA检测限的比较。（G）参考文献中用于监测O157:H7大肠杆菌的各种技术的比较。

文献详情

A Versatile PdRu Bimetallic Nanoenzyme-Integrated Enzyme-Linked Immunosorbent Assay for Highly Sensitive Escherichia coli O157:H7 Detection

Ying Wang, Tong Bu, Yuanyuan Cao, Haiyu Wu, Jia Xi, Qinlin Feng, Chenyu Xuan, Li Wang*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00743

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