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Chemically Regulated ROS Generation from Gold Nanoparticles for Enzyme-Free Electrochemiluminescent Immunosensing
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2018-04-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00118
Yui Higashi 1 , Joyotu Mazumder 1 , Hiroyuki Yoshikawa 1 , Masato Saito 1, 2 , Eiichi Tamiya 1
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2018-04-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00118
Yui Higashi 1 , Joyotu Mazumder 1 , Hiroyuki Yoshikawa 1 , Masato Saito 1, 2 , Eiichi Tamiya 1
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In the present work, we report on an enzyme-free electrochemiluminescent (ECL) immunosensing scheme utilizing the catalytic generation of reactive oxygen species (ROS) from gold nanoparticles (AuNPs) (diameter ≥5 nm) dispersed in aqueous solutions of trishydroxymethylaminomethane (Tris). First, to examine this catalytic pathway in detail, the effects of various factors such as the AuNP size and concentration, dispersant type and concentration, and dissolved oxygen were investigated using the electrochemiluminescence (ECL) of luminol. It was found that the catalytic generation of ROS from AuNPs can be regulated chemically by altering conditions such as the type, concentration, and pH of the solution that the AuNPs are dispersed in. Under the best conditions studied in this work, the AuNPs displayed high catalytic activity toward ROS generation, with an estimated apparent turnover number per AuNP of 0.1 s–1, comparable to those of several common peroxide-producing enzymes. Following these studies, this phenomenon was applied to develop a one-step enzyme-free ECL immunosensor based on sandwiching the target analyte using antibody-conjugated magnetic beads (MB) and AuNPs. Using IgA as a model analyte, the developed immunosensor was able to detect the target in the range of 1 ng/mL to 10 μg/mL, with the lower detection limit being comparable to those of commercial assays for the same target. Altering the antibodies used to modify the MB and AuNPs could further improve the detection limit as well as expand the applicability of this immunoassay to the detection of other analytes.
中文翻译：
从金纳米粒子化学调节的ROS生成，用于无酶电化学发光免疫传感。
在本工作中，我们报告了一种无酶电化学发光（ECL）免疫传感方案，该方案利用了分散在三羟甲基氨基甲烷（Tris）水溶液中的金纳米颗粒（AuNPs）（直径≥5nm）催化生成的活性氧（ROS） 。首先，为详细研究该催化途径，使用鲁米诺的电化学发光（ECL）研究了AuNP大小和浓度，分散剂类型和浓度以及溶解氧等各种因素的影响。研究发现，通过改变条件，例如改变AuNPs分散在其中的溶液的类型，浓度和pH值，可以化学调节AuNPs催化生成ROS。在这项工作研究的最佳条件下，AuNPs表现出较高的催化活性。产生ROS的催化活性，–1，与几种常见的产生过氧化物的酶相当。在进行了这些研究之后，该现象被用于基于抗体结合磁珠（MB）和AuNPs夹住目标分析物的基础上，开发一种单步无酶ECL免疫传感器。使用IgA作为模型分析物，开发的免疫传感器能够检测到1 ng / mL至10μg/ mL范围内的靶标，其下限与可用于相同靶标的商业化检测方法相当。改变用于修饰MB和AuNPs的抗体可以进一步提高检测限，并将这种免疫测定法的适用性扩展到其他分析物的检测。
更新日期：2018-04-11
中文翻译：
从金纳米粒子化学调节的ROS生成，用于无酶电化学发光免疫传感。
在本工作中，我们报告了一种无酶电化学发光（ECL）免疫传感方案，该方案利用了分散在三羟甲基氨基甲烷（Tris）水溶液中的金纳米颗粒（AuNPs）（直径≥5nm）催化生成的活性氧（ROS） 。首先，为详细研究该催化途径，使用鲁米诺的电化学发光（ECL）研究了AuNP大小和浓度，分散剂类型和浓度以及溶解氧等各种因素的影响。研究发现，通过改变条件，例如改变AuNPs分散在其中的溶液的类型，浓度和pH值，可以化学调节AuNPs催化生成ROS。在这项工作研究的最佳条件下，AuNPs表现出较高的催化活性。产生ROS的催化活性，–1，与几种常见的产生过氧化物的酶相当。在进行了这些研究之后，该现象被用于基于抗体结合磁珠（MB）和AuNPs夹住目标分析物的基础上，开发一种单步无酶ECL免疫传感器。使用IgA作为模型分析物，开发的免疫传感器能够检测到1 ng / mL至10μg/ mL范围内的靶标，其下限与可用于相同靶标的商业化检测方法相当。改变用于修饰MB和AuNPs的抗体可以进一步提高检测限，并将这种免疫测定法的适用性扩展到其他分析物的检测。
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