首师大陈郑博课题组《ACS Appl. Nano Mater.》：区分不同种类生物碱的比色传感器阵列

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生物碱作为一种天然的乙酰胆碱酯酶抑制剂，已成为治疗阿尔茨海默病的研究热点。阿尔茨海默病是一种不可逆的中枢神经系统退行性疾病。其病理机制主要是胆碱能缺陷。生物碱可以通过抑制体内乙酰胆碱酯酶的活性来减少乙酰胆碱的分解，从而减轻阿尔茨海默病对生活能力和认知能力的损害。

首都师范大学陈郑博课题组在《ACS Applied Nano Materials》期刊上发表了题为“Colorimetric Sensors for Alkaloids Based on the Etching of Au@MnO₂ Nanoparticles and MnO₂ Nanostars”的文章（DOI：10.1021/acsanm.1c01741），提出了一种基于两种纳米材料（核桃状Au@MnO₂纳米颗粒和MnO₂纳米星）的刻蚀来区分不同种类生物碱的比色传感器阵列策略。纳米材料被由乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解生成的胆碱刻蚀，由于不同的生物碱具有不同的抑制乙酰胆碱酯酶活性的能力，不同生物碱的存在导致MnO₂不同程度的还原蚀刻，从而导致色度响应信号的差异变化。与传统的生物碱特异性检测方法相比，此传感器阵列使用两种非特异性识别元素，不仅定性识别而且定量检测七种生物碱（小檗碱、盐酸小檗碱、药根碱、黄藤素、哈尔满碱、毒扁豆碱、加兰他敏），而且无需筛选特定的识别元素，还节省了时间和人力。这也有助于在医学诊断中识别多种生物碱。

示意图1. 基于乙酰胆碱酯酶的有效抑制和两种MnO₂纳米颗粒的刻蚀，用于生物碱鉴别的比色传感器阵列。

图1. Au@MnO₂纳米颗粒和MnO₂纳米星的表征。 (a) MnO2纳米星的TEM 图像； (d) MnO₂纳米星的DLS； (b) Au@MnO₂纳米颗粒的TEM图像； (c) Au@MnO₂纳米颗粒的SEM图像； (e) Au@MnO₂纳米颗粒的DLS； (f) Au@MnO₂纳米颗粒的元素mapping图像。

图2. Au@MnO₂纳米颗粒和MnO₂纳米星的XPS光谱和拉曼光谱。(a) Au@MnO₂纳米颗粒的Au 4f分析; （b） Au@MnO₂纳米颗粒的Mn 2p分析; (c) Au@MnO₂纳米颗粒的O 1s分析；(d) MnO₂ 纳米星的Mn 2p分析；(e) MnO₂ 纳米星的O 1s分析；(f) Au@MnO₂纳米颗粒和MnO₂纳米星的拉曼表征结果。

图3. 生物碱浓度为2.5mM和250nM时的鉴别。(a) 生物碱浓度为2.5μM时鉴别的LDA评分图； (d) 生物碱浓度为2.5mM时鉴别的热图；(b) 生物碱浓度为250nM时鉴别的LDA评分图； (e) 生物碱浓度为250nM时鉴别的热图；(c) 生物碱在浓度为2.5μM和250 nM时的箱图。

图4. 未知样品的鉴定。(a) 七种生物碱在250 nM处和28个未知样品的LDA评分图；(b) 使用LDA的未知样品识别示意图；(c) 使用LDA算法的未知样品检测结果。

图5. 7种不同浓度生物碱的雷达图谱和指纹图谱。(a) 盐酸小檗碱(250nM-25mM)；(b) 小檗碱(25nM-25mM)；(c) 药根碱(50nM-50mM)；(d) 黄藤素(25nM-50mM)；(e) 哈尔满碱(50nM-50mM)；(f) 毒扁豆碱(25nM-50mM)；(g) 加兰他敏(25nM-25mM)；(h) 指纹图。

图6. 量化生物碱的浓度。(a-g) 不同浓度生物碱的LDA评分图；(a1-g1) 生物碱与 (a-g) 对应的不同浓度的线性关系。

图7. 生物碱混合物的鉴别。(a) LDA评分图；(b) 纯生物碱及其混合物鉴别热图。

图8. 抗干扰能力 (a) LDA评分图；(b) 指纹图，传感器阵列在250 nM处鉴别生物碱和其他干扰物质。

图9. 中草药中七种不同浓度生物碱的LDA评分图。每个点代表单个生物碱样品对传感器阵列的响应模式。

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https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01741

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