基于血红素@G-四链体DNA酶协同工程的地塞米松双模式检测新策略及其在食品安全中的应用

《Talanta》：Synergistic Hemin@ G-Quadruplex DNAzyme Engineering Enables Dual Signal Detection of Dexamethasone in Food

本文报道了一种集成G-四链体（G4）DNA酶催化与适配体识别的新型双模式传感器，通过K+稳定的G4适配体调控血红素过氧化物酶活性，结合Fe3+–地塞米松轴向配位（ΔG = –61.31 kcal/mol）实现信号转换。该传感器检测限达13.8 nM，在牛奶和蜂蜜中回收率达91.0–106.2%，并开发了配套的3D纸基装置与微信小程序平台，为资源有限地区提供实用化检测方案。

　　

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POD活性分析 of Hemin@G4

针对血红素（Hemin）及血红素@G4的酶动力学分析显示：首先将100 μL适配体溶液（150 nM）与100 μL血红素溶液（1 mg/mL，含15 nM K⁺和25 nM Mg²⁺）混合孵育15分钟获得血红素@G4复合物。随后向200 μL复合物中加入200 μL醋酸缓冲液（pH=4.0）、100 μL不同梯度的H₂O₂（0.03-0.25 mM）和TMB溶液（0.1-1.15 mM）进行催化反应分析。

Hemin与DEX的相互作用机制

血红素的Fe³⁺中心通过氧化态转换产生活性氧（ROS），展现过氧化物酶样活性（Km H₂O₂ = 0.25 mM, Km TMB = 0.82 mM）。其轴向配位位点对含孤对电子的供体基团具有强亲和力，而DEX分子中的酮基（C=O）和羟基（-OH）可通过配位键与Fe³⁺中心结合（结合能ΔG = –61.31 kcal/mol），形成稳定复合物并抑制酶活性。

结论

本研究成功构建了集成G-四链体/血红素纳米酶工程与适配体识别的双模式传感器，通过构象重排与轴向配位的双重识别策略实现了DEX的超灵敏检测。实验与计算分析证实DEX结合可协同调控催化活性，所开发的3D纸基平台与智能手机小程序为食品安全监测提供了便携式解决方案。