组成图示
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传感器类型
其他（LSPR生物传感器）
检测对象
药物分子（drug molecules，CYP3A4配体/抑制剂：bromocriptine (BC)、testosterone (TST)、lovastatin (LVS)、androstenedione (ADS)、alpha-naphthoflavone (ANF)、erythromycin (ERY)、nifedipine (NFD)、ketoconazole (KTC)、itraconazole (ITZ)、tranylcypromine (TCA)、diclofenac (DCF)、terfenadine (TRF)）；样品基质：磷酸盐缓冲液（potassium phosphate buffer, pH 7.4）
检测原理
CYP3A4-Nanodiscs经EDC共价固定于11-MUA修饰的Ag纳米颗粒表面。药物分子结合CYP3A4血红素第六配位点：I型配体取代配位水，使铁由低自旋转为高自旋，Soret带由415 nm蓝移至391 nm；II型氮供体直接配位铁，保持低自旋，Soret带红移至约423 nm。Ag纳米颗粒的LSPR与血红素发色团电子共振发生耦合，药物结合改变发色团电子结构和纳米颗粒近场环境，使LSPR消光峰λmax发生方向性位移。I型药物通常引起约6–8 nm蓝移，II型药物引起约1–4 nm红移，位移大小与结合类型及血红素光谱变化幅度相关，从而无需外源标记即可区分两类结合。
检测灵敏度
—
效应效果
该传感器可无标记区分I型和II型药物与CYP3A4-Nanodiscs的结合，LSPR位移方向与溶液UV-Vis光谱一致。I型药物引起约6–8 nm蓝移，II型药物引起约1–4 nm红移；CYP3A4-Nanodiscs固定本身引起35–40 nm位移。作者估算宏观探测区约含1.2×10^9个Nanodiscs，对应飞摩尔量蛋白，单颗粒检测可降至约100个Nanodiscs。Nanodiscs使CYP3A4在Ag表面保持活性，未观察到P420形成。作者认为该方法比溶液UV-Vis更灵敏，可集成微流控并扩展为多阵列，用于膜结合P450的高通量药物筛选。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃盖玻片（glass coverslip）支撑，纳米球光刻（NSL）制备的Ag纳米颗粒作为LSPR换能器
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷酸（11-MUA）在Ag表面形成自组装单分子层，提供羧基并稳定纳米颗粒
- 交联活化层：EDC（1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺）活化11-MUA羧基，用于与蛋白表面氨基共价偶联
- 识别元件：CYP3A4-Nanodiscs（人CYP3A4嵌入POPC脂质双分子层，MSP1D1(-)膜支架蛋白环绕）作为药物识别位点并稳定膜蛋白
- 被测物：药物分子（如testosterone、ketoconazole等CYP3A4配体/抑制剂）结合CYP3A4血红素
- 信号元件：CYP3A4血红素发色团（heme chromophore）与Ag纳米颗粒LSPR耦合，药物结合引起λmax位移
- 读出装置：UV-Vis消光光谱仪（Ocean Optics SD2000/Cary 300 Bio）读取LSPR峰位移
中文摘要
本文报道了一种基于局部表面等离子共振（LSPR）光谱的原型纳米颗粒生物传感器，用于检测药物与人膜结合细胞色素P450 3A4（CYP3A4）的结合。CYP3A4是人体内药物和外源物代谢的关键酶，但因其易聚集，在溶液和表面研究中难以保持功能稳定。作者利用可溶性纳米膜双分子层盘（Nanodisc）将单体CYP3A4功能稳定地固定在由纳米球光刻（NSL）制备的银（Ag）纳米颗粒表面。CYP3A4-Nanodisc在可见区具有特征吸收带，结合某些药物后，I型配体使Soret带蓝移，II型配体使其红移。基于Ag纳米颗粒LSPR与CYP3A4血红素发色团电子共振之间的耦合，LSPR光谱可高灵敏地检测药物结合事件。该工作将LSPR与Nanodisc技术结合，实现了对功能稳定膜蛋白药物结合的光学传感，并有望集成微流控、扩展为多阵列格式，用于高通量药物筛选。
英文摘要
A prototype nanoparticle biosensor based on localized surface plasmon resonance (LSPR) spectroscopy was developed to detect drug binding to human membrane-bound cytochrome P450 3A4 (CYP3A4). CYP3A4 is one of the most important enzymes in drug and xenobiotic metabolism in the human body. Because of the inherent propensity of CYP3A4 to aggregate, it is difficult to study drug binding to this protein in solution and on surfaces. In this paper, we use a soluble nanometer scale membrane bilayer disk (Nanodisk) to functionally stabilize monomeric CYP3A4 on Ag nanoparticle surfaces fabricated by nanosphere lithography. CYP3A4-Nanodiscs have absorption bands in the visible wavelength region, which upon binding certain drugs shift to either shorter (type I) or longer wavelengths (type II). On the basis of the coupling between the LSPR of the Ag nanoparticles and the electronic resonances of the heme chromophore in CYP3A4-Nanodiscs, LSPR spectroscopy is used to detect drug binding with high sensitivity. This paper combines LSPR and Nanodisc techniques to optically sense drug binding to a functionally stable membrane protein, with the goal of integrating this with microfluidics and expanding it into a multiarray format, enabling high-throughput screening.