基于aptazyme-MnO2纳米花氧化酶活性放大的无标记比色生物传感器用于铅离子(Pb2+)的高灵敏检测

本研究针对环境中痕量Pb2+危害健康的问题，开发了一种基于aptazyme（适配体酶）激活MnO2 NFs（纳米花）氧化酶活性的无标记比色生物传感器。通过DNAzyme切割底物链并锚定片段于MnO2表面增强显色反应，实现了0.0024 nmol/L的超低检测限，成功应用于食品、化妆品及血清样本检测，为重金属监测提供了简便高效的新方法。

　　

铅离子(Pb²⁺)作为典型的重金属污染物，即使在极低浓度下也会通过食物链富集对人体神经系统、肾脏等造成不可逆损伤。世界卫生组织规定饮用水中Pb²⁺限值为10 μg/dL，但传统检测方法依赖昂贵仪器和专业操作，难以满足现场快速检测需求。针对这一挑战，来自马什哈德医科大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表创新成果，首次将aptazyme（适配体酶）与MnO₂ NFs（二氧化锰纳米花）的类氧化酶活性相结合，开发出无需标记、肉眼可视的Pb²⁺检测新方法。

研究团队采用三项核心技术：1）利用aptazyme特异性识别Pb²⁺后激活DNAzyme切割功能，在rA位点断裂底物链；2）通过MnO₂ NFs三维结构增强底物片段吸附，显著提升类氧化酶活性；3）基于TMB（3,3',5,5'-四甲基联苯胺）显色反应实现信号放大。实验样本涵盖虾提取物、口红和人体血清等实际基质。

研究结果
材料部分：优化合成的MnO₂ NFs具有比表面积大、稳定性高的特性，与PVP（聚乙烯吡咯烷酮）修饰的aptazyme-substrate复合物形成高效检测体系。

检测原理：Pb²⁺触发aptazyme构象变化，使DNAzyme切割底物产生富含嘌呤的片段，这些片段通过π-π堆积作用吸附在MnO₂ NFs表面，显著增强其催化TMB氧化生成蓝色产物的能力。

性能验证：传感器在0.01 nmol/L-100 μmol/L范围内呈线性响应，检测限低至2.4 pmol/L，对Hg²⁺、Cd²⁺等干扰离子表现出优异选择性。实际样本加标回收率达96.2%-103.8%，证实方法可靠性。

结论与意义
该研究通过巧妙的"生物分子识别-纳米酶催化"协同设计，解决了传统方法依赖抗体标记、操作复杂等痛点。Seyed Mohammad Taghdisi团队首次证实aptazyme片段可调控MnO₂ NFs的类氧化酶活性，这种信号放大策略比常规纳米酶传感器灵敏度提高10倍。研究成果为食品安全、化妆品监管及临床重金属中毒诊断提供了革命性的现场检测工具，尤其适用于资源有限地区的环境健康监测。未来通过适配体序列优化，该平台有望拓展至其他重金属污染物的快速筛查。