(a)等离子膜锚定纳米传感器的示意图。… — (a)等离子膜锚定纳米传感器的示意图。用于金纳米粒子(AuNP)偶联的化合物是h2o2敏感的4-巯基苯基硼pinacol酯(4MPBE)和生物素- hpdp。使用NHS-Biotin获得质膜蛋白外域的生物素化。链霉亲和素与两个生物素基反应，锚定共轭AuNP和nhs -生物素。
(b)对A549肺癌细胞进行纳米传感器锚定固定后的AFM分析。高分辨率AFM图像证实了纳米传感器的存在，该传感器与细胞表面接触，能够在与质膜接触的细胞外液非常浅的区域(即90 nm)检测内源性H2O2。

来源:金泽大学

16.03.2021•

生物传感器测量细胞外过氧化氢浓度

金泽大学的研究人员已经成功测试了一种传感器，用于测量细胞膜附近的过氧化氢浓度。这种传感器有可能成为新的癌症治疗工具。

人体内的几个过程是由涉及过氧化氢的生化反应调节的(H₂O₂)．尽管它可以作为“第二信使”，在细胞之间传递或放大某些信号，H₂O₂通常是有毒的，因为它的氧化特性。后者意味着它转化(氧化)像蛋白质和DNA这样的生物化学分子。H₂O₂对癌症有潜在的治疗意义:故意使肿瘤细胞增加其H₂O₂专注是摧毁它们的一种方式。

有鉴于此，也可用于监测与H₂O₂生产过剩，这是至关重要的有一种方法，以可靠的量化过氧化氢浓度在细胞外环境。现在，来自金泽大学纳米生命科学研究所(WPI-NanoLSI)的Leonardo Puppulin和他的同事开发了一种传感器，用于测量H₂O₂在细胞膜附近，具有纳米分辨率。传感器

的生物传感器由一种带有有机分子的金纳米颗粒组成。整个分子簇的设计使得它可以很容易地固定在细胞膜的外部，而这正是要检测的过氧化氢分子所在的地方。作为附着分子，科学家们使用了一种名为4MPBE的化合物，这种化合物具有很强的拉曼散射响应:当被激光照射时，这些分子会消耗一部分激光的能量。

通过测量频率的变化激光光，并绘制信号强度作为这种变化的函数，得到一个独特的光谱- 4MPBE分子的特征。当4MPBE分子与H反应时₂O₂分子的拉曼光谱发生了变化。基于这一原理，通过比较拉曼光谱，Puppulin和同事们能够获得H₂O₂生物传感器附近的浓度。

(a)利用表面增强拉曼光谱检测和量化… — (a)利用表面增强拉曼光谱检测和量化h2o2诱导的4MPBE分子修饰，这些分子组装在固定在细胞上的纳米传感器的金表面。998 cm-1处的拉曼光谱强度与H2O2浓度有关，而1074 cm-1处的拉曼光谱强度没有变化，可用于光谱归一化。
(b)纳米传感器标定结果。1074 cm-1和998 cm-1的强度比与H2O2浓度呈线性关系。
(c)从A549细胞表面采集的细胞外内源性H2O2的SERS高光谱图示例，如亮场图像所示。(a)所示的SERS光谱取自a和B两个位置。

来源:金泽大学

在开发了校准程序之后纳米传感器-与H有关₂O₂从浓度到拉曼光谱变化的定量方法并不简单——科学家们能够为肺癌细胞样本绘制出分辨率约为700纳米的浓度图。最后，他们还成功地扩展了他们的技术，获得了H₂O₂细胞膜浓度变化。

Puppulin和他的同事总结说，他们的“新方法可能对研究实际的H₂O₂浓度涉及细胞增殖或死亡，这是充分阐明生理过程和设计新的治疗策略的基础。”

这项研究发表在生物传感器和生物电子学．