一种利用塑料结合肽的表面等离子体共振生物传感器，用于检测环境水体中的纳米塑料

《Biosensors and Bioelectronics》：Surface Plasmon Resonance Biosensor with Plastic-Binding Peptide for Nanoplastic Detection in Environmental Water

　　

Mikihisa Hirose|Prairsunan Chanpanich|Kimleng Keang|Shuo Cheng|Mana Toma

东京理化学研究所工学部电气电子工程系，日本横滨市绿区长津田町4259，邮编226-8501

摘要

纳米塑料是新兴的环境污染物，对生态系统和人类健康构成潜在风险，但由于其微小的尺寸，可靠检测仍具有挑战性。本文介绍了一种表面等离子体共振（SPR）生物传感器，该传感器使用聚苯乙烯结合肽（PS-BP）作为识别聚苯乙烯纳米粒子（PS-NPs）的元件。通过控制实验和扫描电子显微镜（SEM）验证，这种肽-纳米塑料界面实现了选择性结合。对SPR响应的定量分析表明，在未经标记的离子调节的实验室水中，检测限为1.3 μg/mL，且可在20分钟内完成检测。此外，通过向过滤后的水族箱和池塘水中添加PS-NPs，证明了该生物传感器的适用性。这些结果表明，肽功能化的SPR基底是纳米塑料检测的一种有前景的策略，并具有扩展到更广泛环境和生物传感应用的可能性。

部分摘录

引言

过去几十年中，塑料制品的广泛使用导致了来自家庭废物和工业活动的微小塑料颗粒的产生，这些颗粒随后释放到海洋、河流、大气和土壤等各种环境中（Wang等人，2021年）。纳米塑料是指尺寸在1到1000纳米之间的塑料颗粒，具有胶体行为，是通过较大塑料颗粒的降解无意中产生的。

材料

聚苯乙烯纳米粒子（PS-NPs，微米级，直径50纳米）、二氧化硅纳米粒子（SiO₂-NPs，sicastar，直径50纳米）和聚乳酸纳米粒子（PLA-NPs，直径250纳米）购自Micromod公司。聚苯乙烯结合肽（PS-BP，VHWDFRQWWQPS（PB-TUP）（Qiang等人，2017年）由GenScript公司合成。1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、N-羟基硫代琥珀酰亚胺钠盐（sNHS）、Lipoamido-PEG12-COOH等试剂也用于实验。

利用PS-BP功能化传感器基底检测PS-NPs

首先研究了PS-BP在SPR传感器表面的固定方法，随后进行了PS-NPs的检测。图2（a）显示了在添加PS-BP之前和之后在超纯水中测量得到的一系列SPR曲线。动力学测量在入射角55.5度的情况下进行，包括表面活化、PS-BP固定以及随后的PS-NPs检测，结果分别见图2（b）和图2（c）。如图2（b）所示，反射率发生了变化。

结论

本研究提出了一种利用PS-BP作为识别元件来检测50纳米PS-NPs的SPR生物传感器。控制实验证明了PS-BP对PS-NPs的选择性和亲和力。首先通过SPR曲线拟合和扫描电子显微镜（SEM）对PS-NPs在传感器基底上的结合进行了定量分析。在未经标记的离子调节的实验室水中，PS-NPs的检测限为1.3 μg/mL，且检测时间仅为20分钟。

CRediT作者贡献声明

Prairsunan Chanpanich：写作——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证。 Mikihisa Hirose：写作——审稿与编辑、初稿撰写、结果验证、软件开发、实验设计。 Mana Toma：写作——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、实验指导、软件应用、项目管理、资金筹措、概念框架制定。 Shuo Cheng：写作——审稿与编辑、资源协调、实验支持。 Kimleng Keang：资源提供。

资金来源

日本学术振兴会CREST（JPMJCR24R1项目），村田科学与教育基金会。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

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