基于CHA信号放大策略的Au@Pt@HP1-HP2@Fe3O4纳米酶复合物用于肝癌ctDNA的超灵敏SERS检测

本研究创新性地构建了基于催化发夹自组装（CHA）信号放大策略的Au@Pt@HP1-HP2@Fe3O4纳米酶复合物，结合表面增强拉曼散射（SERS）技术，实现了肝癌患者血清中循环肿瘤DNA（ctDNA）PIK3CA E542K突变体的超灵敏检测（检测限4.12 aM），为肝癌早期诊断提供了高效精准的新方法。

　　

摘要

肝癌的早期诊断亟需高灵敏度生物标志物检测技术。研究团队开发了一种基于催化发夹自组装（CHA）信号放大策略的创新方法，通过合成具有多重功能的Au@Pt@HP1-HP2@Fe₃O₄纳米酶复合物，实现了肝癌相关PIK3CA E542K突变ctDNA的超灵敏检测。该复合物整合了铂包金纳米颗粒（Au@Pt）的SERS增强效应、Fe₃O₄磁珠的分离富集能力以及纳米酶的类过氧化物酶活性，催化H₂O₂氧化TMB产生可定量检测的蓝色ox-TMB。在优化条件下，该方法对PIK3CA E542K的检测限低至4.12 aM，较现有技术提升2个数量级，且具有优异的特异性和重复性。

材料与方法

纳米材料合成：采用柠檬酸钠还原法制备Au@Pt核壳纳米颗粒，通过EDC/NHS活化将发夹DNA（HP1/HP2）分别修饰于Au@Pt和Fe₃O₄磁珠表面。临床样本：收集30例肝癌患者和健康志愿者血清，经磁分离富集后进行分析。检测原理：目标ctDNA触发CHA循环反应，形成大量Au@Pt@HP1-HP2@Fe₃O₄复合物，其类过氧化物酶活性催化TMB-H₂O₂反应产生ox-TMB，通过785 nm激光激发采集1607 cm^-1特征峰SERS信号。

结果与讨论

材料表征：TEM显示Au@Pt粒径55 nm，Fe₃O₄磁珠200 nm，复合物结构均匀（图1）。EDX证实Au、Pt、Fe元素成功组装（图2）。反应优化：在pH 4.0、0.5 mM H₂O₂、0.8 mM TMB条件下反应15分钟时信号最强（图4）。酶动力学：纳米复合物的米氏常数Km=0.4089 mM，最大反应速率V_max=0.9533 μM/s，显示高效催化活性（图5）。临床验证：肝癌患者血清ctDNA水平显著高于健康组（p<0.01），与qPCR结果高度一致（R²=0.9928）（图9）。

结论

该研究首次将CHA循环放大、贵金属纳米酶催化和磁分离SERS技术三重信号放大策略整合，建立的检测平台具有以下优势：

1. 超高灵敏度：4.12 aM的检测限可识别早期肝癌微量ctDNA；

2. 快速高效：15分钟完成检测，远快于传统测序方法；

3. 临床适用性：磁分离技术有效克服血清样本基质干扰。

   该技术为肝癌分子分型和个体化治疗提供了突破性工具。