基于原位合成硅纳米颗粒的荧光-比色双模式开启式检测技术在β-半乳糖苷酶活性测定中的应用研究

为解决卵巢癌早期诊断中β-半乳糖苷酶（β-Gal）生物标志物检测灵敏度不足的问题，四川科研团队开发了一种基于硅纳米颗粒（Si NPs）的荧光-比色双模式开启式传感平台。该技术通过β-Gal催化底物水解原位生成荧光Si NPs，实现0.052 U/L的超高检测灵敏度，成功应用于血清检测及抑制剂筛选，为癌症诊断和药物开发提供新工具。

　　

在生命科学和医学诊断领域，β-半乳糖苷酶（β-Gal）作为关键的溶酶体糖苷酶，其异常表达与卵巢癌、乳腺癌等多种疾病密切相关。然而，现有检测技术面临诸多挑战：传统有机分子探针易受光漂白影响，纳米材料合成条件苛刻且多依赖单一信号输出，而荧光淬灭型检测模式又存在背景噪声高、灵敏度受限等问题。这些技术瓶颈严重制约了β-Gal作为生物标志物在早期癌症诊断和药物开发中的应用价值。

针对这一科学难题，四川省科研人员创新性地提出了一种基于硅纳米颗粒（Si NPs）的双模式检测策略。研究团队通过温和条件下原位合成兼具荧光和比色响应的Si NPs，构建了检测限低至0.052 U/L的高灵敏度传感平台。该成果发表于分析化学领域权威期刊《Analytica Chimica Acta》，为癌症诊断提供了全新的技术路径。

关键技术方法包括：以3-(2-氨乙基氨基)丙基-二甲氧基甲基硅烷（AEAPDMMS）为硅源，利用β-Gal催化底物4-氨基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷（PAPG）水解产生的对氨基苯酚（AP）作为还原剂，在70℃、pH 7条件下35分钟完成Si NPs的一步合成；采用透射电镜（TEM）和荧光光谱对纳米材料进行表征；建立双信号校准曲线，并应用于人血清样本检测及天然药物抑制剂筛选。

【背景】研究系统阐述了β-Gal在疾病诊断中的核心地位，指出现有纳米材料检测技术存在信号单一、抗干扰能力差的缺陷，强调开发多模式传感技术的紧迫性。

【结果】实验证实，该Si NPs在380 nm激发下发射540 nm黄光，量子产率达30%，其荧光强度与β-Gal浓度在0.1-90 U/L范围内呈线性关系，比色检测则呈现0.25-50 U/L和50-100 U/L双线性区间。与传统方法相比，双模式检测显著提高了复杂生物样本分析的可靠性。

【意义】该研究首次实现温和条件下Si NPs的双功能原位合成，不仅为β-Gal检测提供了高精度工具，更开创了纳米材料在癌症诊断和天然药物筛选中的创新应用模式。

结论部分强调，这种"一石二鸟"的设计策略巧妙地将酶促反应与纳米材料合成相结合：β-Gal既作为检测靶标，又作为Si NPs生成的触发器。研究团队成功将体系应用于北京同仁堂提供的七种中药材抑制剂筛选，证实红花（Carthamus tinctorius L.）等天然产物具有显著抑制活性。该技术的核心突破在于：通过双信号交叉验证有效消除复杂生物基质干扰，其检测限比现有单模式方法降低1-2个数量级，为卵巢癌的早期无创诊断提供了革命性解决方案。讨论部分进一步指出，这种模块化设计理念可拓展至其他疾病标志物检测体系，为下一代多功能纳米诊断工具的开发指明方向。