具SERS活性的手性三角纳米环用于β-淀粉样蛋白的超灵敏检测

近日，Advanced Materials在线发表了本技术创新中心的研究成果“Chiral Plasmonic Triangular Nanorings with SERS Activity for Ultrasensitive Detection of Amyloid Proteins in Alzheimer’s Disease”(Wang et al., Adv. Mater., 2021, 10.1002/adma.202102337)。江南大学2019级博士研究生王高阳和郝昌龙副研究员为论文共同第一作者，徐丽广教授为通讯作者。

蛋白质的错误折叠和聚集会导致多种疾病，例如阿尔茨海默症、帕金森氏症、亨丁顿舞蹈症和其他神经退行性疾病，因此，对蛋白质结构的全面认识是理解和控制神经退行性疾病的关键。β-淀粉样蛋白（Aβ）的异常聚集会导致淀粉样纤维的形成，其与阿尔茨海默症等神经退行性疾病的发生和发展有着密切的关联，使得对Aβ蛋白的超灵敏检测对早期诊断阿尔茨海默症至关重要，因此，如何实现对Aβ蛋白的超灵敏检测成为了一个关键。

图1 具SERS活性的手性三角纳米环用于β-淀粉样蛋白的超灵敏检测的原理图

为解决上述问题，江南大学食品学院生物界面与生物检测研究所的研究人员利用中空铂（Pt）纳米三角环做为种子，通过l/d-谷胱甘肽（l/d-GSH）作为手性配体，诱导氯金酸在中空Pt三角环上有序生长，制备出具有Pt骨架的手性三角纳米金环（l/d-Pt@Au三角纳米环，以下称为l/d-Pt@Au TNR）。l/d-Pt@Au TNR展现出强的手性光学活性，手性各向因子（g-factor）值可达0.023。由于手性三角纳米环的等离激元与分子对映体的诱导电偶极和磁偶极之间发生共振耦合，使得手性分子对映体的表面增强拉曼散射（SERS）光学活性产生差异性增强，并且不同手性构型的三角纳米环对Aβ蛋白的不同折叠和聚集状态的亲和性有所差异，使得手性三角纳米环可用于对映体类型的有效判别及Aβ单体和纤维结构的定量分析。针对β-淀粉样蛋白1-42（Aβ₄₂）的单体和纤维，其最低检测限可分别低至45 fM和4 fM。此外，手性d-Pt@Au TNR也可作为生物探针用于定量检测阿尔茨海默症患者脑脊液中的Aβ₄₂，该探针可鉴定出皮克级的Aβ₄₂具有超高的灵敏度。本工作提供了一种中空手性等离子体纳米结构的新合成方法，并作为生物探针将对阿尔茨海默症、帕金森氏症和其他神经退行性疾病中的β-淀粉样蛋白斑块的研究及临床早期诊断中发挥关键作用。

上述研究工作得到了国家自然科学基金（21977038，51902136，21874058）和、中央高校基本科研专项资金（JUSRP12003）的资助。

图2  l/d-Pt@Au TNR的手性结构和光谱学表征结果

图3  l/d-Pt@Au TNR 定量检测Aβ₄₂单体和纤维的情况分析

图4  l/d-Pt@Au TNR用于阿尔兹海默症病人脑脊液的Aβ₄₂的定量检测情况