硫化工学で設計された CoO の強化されたペルオキシダーゼ模倣機能と静電凝集を組み合わせた新しいアルカリホスファターゼ活性センシング戦略

A novel alkaline phosphatase activity sensing strategy combining enhanced peroxidase-mimetic feature of sulfuration-engineered CoO with electrostatic aggregation.

• Hongwei Song
• Xiangheng Niu
• Kun Ye
• Linjie Wang
• Yuhu Xu
• Yinxian Peng

抄録

アルカリホスファターゼ（ALP）は体内のリン酸化・脱リン酸化過程に関与していることから、その活性は多くの疾患の重要な指標となっており、信頼性の高い効率的なALP活性測定法の開発が非常に重要となっています。本研究では、硫酸化技術を用いたCoOのペルオキシダーゼ模倣触媒とヘキサメタリン酸イオン(HMPi)を介在させた静電凝集を統合することで、ALP活性の新しいセンシング方法を提案します。硫化工学の後、ZIF-67の熱分解から得られるCoO複合体は、3,3',5,5'-テトラメチルベンジジン(TMB)をその酸化物であるTMBoxに酸化するための強化されたペルオキシダーゼ模倣触媒能力を示し、無色からマザリンへの顕著な色変化を提供しています。HMPiの存在下では、負に帯電したHMPiと正に帯電したTMBoxの急速な静電集合により、後者の凝集が起こり、退色現象が発生しますが、HMPiメディエーターを加水分解するためにあらかじめALPを添加しておくと、凝集が大幅に抑制され、溶液の色が回復します。この原理に基づき、ALP活性の効率的な定量が可能となり、検出範囲は0.8～320U/Lと広く、検出限界は0.38U/Lと低くなりました。また、血清サンプル中のターゲットの信頼性の高い分析も達成され、臨床応用のための ALP 活性測定における我々の戦略の実現可能性と実用性が検証されました。グラフィカル・アブストラクト。

Given alkaline phosphatase (ALP) takes part in the phosphorylation/dephosphorylation processes in the body, its activity is universally taken as an important indicator of many diseases, and thus developing reliable and efficient methods for ALP activity determination becomes quite important. Here, we propose a new sensing strategy for ALP activity by integrating the improved peroxidase-mimicking catalysis of sulfuration-engineered CoO with the hexametaphosphate ion (HMPi)-mediated electrostatic aggregation. After sulfuration engineering, the CoO composite coming from the pyrolysis of ZIF-67 exhibits enhanced peroxidase-mimetic catalytic ability to oxidize 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) to its oxide TMBox, offering a remarkable color change from colorless to mazarine; with the presence of HMPi, the rapid electrostatic assembly of negatively charged HMPi and positively charged TMBox leads to the aggregation of the latter, resulting in a color fading phenomenon; when ALP is added in advance to hydrolyze the HMPi mediator, the aggregation procedure is significantly suppressed, and such that the solution color can be recovered. Based on this principle, efficient determination of ALP activity was gained, giving a wide detection scope from 0.8 to 320 U/L and a detection limit as low as 0.38 U/L. Reliable analysis of the target in serum samples was also achieved, verifying the feasibility and practicability of our strategy in measuring ALP activity for clinical applications. Graphical abstract.