Magnetic and Peroxidase‐Specific Single‐Atom Nanozyme Through Cu‐Doping Engineering for Ultrasensitive and Visual Tumor Diagnosis

超顺磁性 基质(水族馆) 过氧化氢 纳米技术 吸附 化学 催化作用 材料科学 生物医学工程 基质(化学分析) 癌症 条状物 癌症检测 结直肠癌 生物磁学
作者
Pengyou Zhou,Qing Li,Qingtao Meng,Xiaorui Lin,Yuanfeng Pang,Rui Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (48): e202517723-e202517723 被引量:5
标识
DOI:10.1002/anie.202517723
摘要

Designing single-atom nanozymes (SAzymes) with superparamagnetism and peroxidase (POD)-specific activity was still a challenge. In this research, we reported a novel magnetic SAzyme through Cu-doping engineering in a mild one-pot synthesis. Theoretical calculations revealed that Cu-doping can decrease the d-band center of NiCu substrate so that Os atoms adsorption and agglomeration can be suppressed, single-atom Os can absorb on the substrate, moreover, Cu-doping can bidirectionally modulate the energy barriers in the POD (decreasing) and oxidase (OXD) (increasing) catalytic process, which endows NiCu─Os with superior POD-activity but negligible OXD-activity. Attributing to the superparamagnetism and superior POD-activity, NiCu─Os SAzyme can separate targets in biological matrix and catalytic colorimetric detection without pretreatment. For practical application, NiCu─Os coupled strips were developed for point-of-care (POC) diagnosis of colorectal cancer (CRC), three biomarkers (CA19-9, CEA, CST-4) can be separated from serum and visually detected on a single strip within 20 min, achieving perfect accuracy (AUC 100%) for CRC patients' recognition. Furthermore, attributing to the POD-specificity, NiCu─Os enables rapid (13 min) and visual distinction of CRC tumor tissues from non-tumor tissues via endogenous hydrogen peroxide levels. This work presents a novel paradigm for magnetic and POD-specific SAzymes, paving the way for integrated enrichment-amplification-detection platforms in POC diagnostics.
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