具有一個或多個未成對電子的Mn順磁離子具有出色的弛豫系數，其在水溶液中穩定，可通過氧化還原反應轉換多種價態，從而克服了傳統磁弛豫開關傳感器穩定性低（受食物基質和自然沉降的干擾）和工作范圍窄（小分子結合位點有限）的缺陷。Mn(II)順磁性離子（3d?，S=5/2）被廣泛用作磁共振成像的造影劑，具有較大的弛豫系數。

相比之下，MnO?NPs納米顆粒（晶格：八面體結構）中的Mn原子與六個O原子配位，因此與水質子接觸的概率較低，導致MnO?NPs納米粒子具有弱弛豫性。然而抗壞血酸能迅速裂解MnO?NPs納米顆粒并釋放出Mn(II)，從而顯著提高弛豫性。因此，可以構建基于順磁離子價態轉換的弛豫傳感系統。

諾如病毒（NoV）俗稱“冬季嘔吐病”，是急性病毒性腸胃炎的主要病因。諾如病毒具有高度傳染性，食源性NoV爆發與食用受糞便污染的生貝類、漿果和即食食品有關。此外，開放的食品跨境貿易政策也促進了全球疫情的爆發。因此，在食物攝入前檢測NoV病毒對于預防NoV感染具有相當大的潛力。

近期，上海理工大學劉寶林教授團隊與軍事科學院軍事醫學研究院環境醫學與作業醫學研究所高志賢研究員團隊合作，報道了一種基于Mn順磁弛豫和納米催化的多信號生物傳感器來檢測NoV病毒的方法。該雙模態傳感平臺利用抗壞血酸裂解Au@MnO?NPs納米顆粒產生的強弛豫系數及其固有的酶樣活性實現了諾如病毒的檢測。還發現在弛豫信號放大試劑tpps-β-CD（r1=12.56/mM/s）的輔助下，可以顯著提高檢測的靈敏度。相關成果以“Multi-signal Biosensors Based on Mn ParamagneticRelaxation and Nanocatalysis for Norovirus Detection”為題發表在國際化學權威雜志Analytical Chemistry上。

具體而言，研究人員開發了一種基于Mn順磁弛豫和納米催化的多信號方法來靈敏檢測諾如病毒。這種雙模態傳感平臺是基于抗壞血酸裂解的Au@MnO?NPs納米顆粒產生的高弛豫率系數及其固有的酶樣活性。以諾如病毒基因組中最保守區域（ORF1-ORF2連接處）的cDNA序列為識別目標物（cDNA_NoV），聚苯乙烯包裹的磁性納米顆粒（MNP@PSNPs）和Au@MnO? NPs納米顆粒通過與分子探針功能化，可用于捕獲cDNA_NoV來構建順磁弛豫傳感平臺。抗壞血酸能迅速裂解Au@MnO? NPs 納米顆粒的MnO?層，釋放出Mn(II)。其具有強順磁性（3d5，S=5/2），顯示出較強的電子自旋馳豫，產生較大的弛豫率系數，從而使弛豫模式處于“開啟”狀態。

相比之下，Au@MnO? NPs納米顆粒表現出較小的弛豫率系數。因此，晶體結構的Au@MnO? NPs納米顆粒轉變為溶液狀態的Mn(II)，會直接產生弛豫信號的變化。此外，Au@MnO? NPs納米顆粒還能模擬“過氧化物酶樣”和“氧化酶樣”活性，催化無色的TMB氧化成藍色的oxTMB。因此，目標物含量可以通過比色法定量。

用于檢測諾如病毒的多信號生物傳感器原理圖



不同價態Mn順磁離子的弛豫特性

T1/T2弛豫信號放大試劑的篩選

牡蠣樣品的分析

綜上所述，為檢測NoV，研究人員開發了一種基于Mn順磁弛豫和納米催化的多信號生物傳感器。其中，弛豫模式是基于Mn(II)順磁性離子優異的弛豫特性、靈敏且不受光線干擾。比色模式是基于Au@MnO? NPs固有的催化活性使底物顯色，在未來可開發出NoV的POCT診斷設備。

在弛豫模式中，T2信號比T1信號對Mn(II)濃度更敏感，tpps-β-CD復合物增加了Mn (II) 順磁性離子的r1（12.56/mM/s），但降低了r2（18.81/mM/s）。使用tpps-β-CD復合分子作為弛豫信號放大試劑提高了方法的靈敏度和檢測范圍。此外，RT-RPA輔助弛豫/比色法可進一步提高靈敏度（LOD：10 copies/mL），從而實現對食品樣品中NoV的超靈敏檢測。然而，這一過程需要額外的擴增反應時間（~ 20 min）。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03950

審核編輯：劉清