界面稳定型逻辑纳米探针可实现富含硫醇的生物环境中MMP-1和HNE的高精度正交检测

《ACS Sensors》：Interface-Stabilized Logic Nanoprobe Enables High-Fidelity Orthogonal Sensing of MMP-1 and HNE in Thiol-Rich Biological Environments

　　

摘要

在富含硫醇的生物环境中实现可靠的多元检测仍然具有挑战性，因为非特异性配体置换、背景泄漏以及部分通道损坏都可能影响多通道荧光信号的解析度。在此，我们提出了一种界面稳定的逻辑门控荧光纳米探针，可用于高精度地检测基质金属蛋白酶-1（MMP-1）和人类中性粒细胞弹性蛋白酶（HNE）。通过Au-C≡C纳米生物界面，两种荧光肽底物被共固定在金纳米粒子上，从而在目标物质特异性切割后产生独立的FITC和5-TAMRA荧光信号。这种界面设计能够在富含谷胱甘肽的条件下保持低背景的关闭状态，并在生物学相关的环境中实现稳定的双通道信号转换。在最佳条件下，该纳米探针对MMP-1的荧光响应呈线性，浓度范围为0至800 ng/mL；对HNE的荧光响应也为线性，浓度范围为0至1000 ng/mL，其回归方程分别为 = 0.32[MMP-1] + 19.12（R² = 0.993）和 = 0.18[HNE] + 43.54（R² = 0.993）。相应的检测限分别为MMP-1的8.03 ng/mL和HNE的9.44 ng/mL。该纳米探针还对干扰蛋白、离子、氧化剂和还原剂具有很强的选择性，同时能较好地承受生理环境中的pH值变化。与Au-S连接的对照探针相比，Au-C≡C纳米探针的温度诱导和GSH诱导的荧光泄漏明显更少。在四种蛋白酶存在条件下的测试进一步证明了该探针的通道特异性激活功能，可实现AND门控的双阳性输出。在活细胞实验中，双通道荧光激活功能可清晰区分A549细胞和BEAS-2B细胞，而将两个通道整合为双酶活性指数则提升了恶性与良性状态之间的区分度。在皮下LLC模型中的局部肿瘤成像实验为这一正交检测概念在复杂生物环境中的适用性提供了概念验证。这项工作为在多元蛋白酶检测中保持信号准确性提供了一种基于界面的策略，同时也为在富含硫醇的生物系统中进行正交生化分析提供了一种逻辑门控平台。