静电-荧光共振能量转移（Electrostatic–FRET）耦合的双模适配体传感器，用于双酚A的灵敏检测与可视化分析

《Analytica Chimica Acta》：Electrostatic–FRET coupled dual-mode aptasensor for sensitive and visual detection of bisphenol A

双酚A检测 aptasensor 开发：基于电负性金纳米颗粒与荧光共振能量转移的双模式传感平台，实现高灵敏度（1.19 nM）和选择性检测，验证了其在复杂样品中的可靠性。

　　本研究介绍了一种基于电荷相互作用与荧光共振能量转移（FRET）原理的双模式适配体传感器，用于高效检测双酚A（BPA）。BPA是一种广泛应用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂中的合成有机化合物，因其优异的透明性、热稳定性、抗冲击性和化学耐久性而被广泛使用。然而，BPA在极端条件下容易从这些材料中迁移至食品和饮用水中，从而对人体健康构成威胁。它能够干扰人体内源性雌激素的合成与代谢，影响生殖和发育过程，并与不孕、糖尿病、肥胖和甲状腺疾病等健康问题相关联。因此，开发一种可靠、灵敏且适用于现场检测的分析方法，对于监测食品和水中的BPA具有重要意义。

现有的BPA检测方法主要包括高效液相色谱（HPLC）、HPLC-质谱联用（HPLC-MS）以及酶联免疫吸附测定（ELISA）。尽管这些技术在灵敏度和准确性方面表现出色，但它们通常依赖于体积庞大、昂贵且需要频繁维护的仪器设备。此外，样品前处理过程往往繁琐、耗时，并且需要专业人员操作，这使得这些方法难以在复杂环境中实现快速、现场的检测。近年来，基于分子印迹聚合物（MIP）的传感器也被开发用于BPA检测，因其具有良好的化学稳定性和结构坚固性。MIP可以通过聚合过程中形成与BPA分子互补的空腔，从而实现对目标分子的高效识别。然而，大多数MIP系统需要复杂的聚合步骤，且其结合动力学较慢，限制了其在快速或可逆检测中的应用。

为了解决上述问题，适配体生物传感技术逐渐成为食品安全部门研究的热点。与MIP相比，适配体识别具有可逆性和可调节的结合亲和力，且合成简便，兼容性强，适用于多种光学信号转换机制。因此，各种适配体传感策略被广泛探索，包括电化学、表面增强拉曼散射（SERS）、比色和荧光方法。这些方法因其操作简便、响应迅速和成本低廉而受到关注。适配体作为传感器的核心识别元件，是一种人工合成的单链寡核苷酸或肽，能够通过其独特的三维结构与目标分子特异性结合。识别过程主要依赖于非共价相互作用，如氢键、π-π堆积、范德华力和静电相互作用。

适配体的高特异性与内在负电荷特性，使其能够通过静电结合与功能性纳米材料参与信号转换，这为传感器的构建提供了独特的优势。在众多适配体基平台中，比色和荧光检测方法因其直观可读性和定量能力而备受青睐。比色方法无需复杂仪器即可实现肉眼检测，而荧光方法则具有高灵敏度和宽动态范围。然而，单一信号检测平台在实际应用中容易受到背景干扰、环境波动和非特异性吸附的影响，从而影响检测的准确性。因此，如何充分发挥适配体的高特异性与负电荷特性，并结合比色与荧光两种模式的优势，构建一个高灵敏度和高选择性的传感系统，成为当前研究中的关键挑战。

双模式或多功能信号输出的检测系统巧妙地克服了上述限制，提供了更强的抗干扰能力和内置的自校准特性，从而显著提高了分析结果的准确性和可靠性。为了进一步提升传感系统的灵敏度和抗干扰性能，研究人员开始探索基于适配体与功能性纳米材料协同作用的多功能检测策略。特别是将荧光与比色双通道检测相结合的系统，近年来取得了显著进展。适配体基荧光探针在传感器构建中被广泛应用，发挥着在多种荧光猝灭和能量转移机制研究中的重要作用。值得注意的是，基于FRET的适配体传感器因其能够高效地将分子识别与光学信号转换结合，从而在复杂样品中展现出卓越的回收性能，受到广泛关注。

例如，Qi等人开发了一种基于DNA纳米花的多价双色比率型FRET适配体传感器，用于敏感检测脂多糖（LPS），并在食品样品中表现出优异的回收率。然而，该系统的复杂纳米结构组装过程限制了其快速制备和实际应用的可行性。相比之下，FAM标记的适配体传感器因其简便的制备过程和低成本，成为更具实践价值的替代方案。FAM标记的适配体具有高量子产率和稳定的荧光发射特性，使其成为FRET基传感系统中理想的荧光供体。此外，这些适配体能够与多种猝灭剂，如贵金属纳米颗粒和碳纳米材料，协同作用，实现对目标分子的高灵敏度检测。在众多纳米材料中，金纳米颗粒（AuNPs）因其优异的光学性能和多样的表面化学性质，成为FRET猝灭剂的首选材料。

AuNPs在紫外-可见光谱区域具有极高的消光系数和宽广的吸收范围，使其能够高效地猝灭荧光信号。另一方面，AuNPs的表面等离子体共振（SPR）特性使其在尺寸变化时能够产生显著的颜色变化，这为比色检测提供了极大的优势。传统上，AuNPs通常带有负电荷（AuNPs（-）），并常用于比色检测中，其聚集通常由正电荷添加剂如聚二甲基丙烯酸铵氯化物（PDDA）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或氯化钠（NaCl）诱导。尽管这些添加剂能够有效促进AuNPs的聚集和比色响应，但它们可能干扰目标分子的识别过程，或引入非特异性吸附，从而影响检测的准确性。

为了解决这些问题，研究人员开发了一种新的方法，即通过表面功能化修饰将AuNPs改性为正电荷（AuNPs（+））。这些正电荷的AuNPs无需额外的阳离子诱导剂，其聚集或分散状态可通过与带负电荷的FAM-适配体（FAM-Apt）之间的静电相互作用进行调控。在BPA存在的情况下，FAM-Apt优先结合BPA并发生构象变化，从而减弱其与AuNPs（+）的相互作用，促进纳米颗粒的聚集，并触发比色响应。同时，FAM与AuNPs之间的空间分离会改变FRET效率，恢复荧光发射。这种双信号机制不仅利用了适配体在高特异性与内在负电荷方面的优势，还实现了BPA的视觉和高灵敏度检测，展现出广阔的应用前景。

本研究成功构建了一种基于正电荷CS-AuNPs与负电荷FAM-Apt之间相互作用的双模式荧光-比色传感平台，用于高选择性和高灵敏度检测BPA，即使在复杂基质干扰的情况下也能保持良好的检测性能。FAM-Apt作为荧光响应元件，具备易于合成、负电荷和高荧光量子产率等优势。通过静电吸附和基于FRET的信号转换机制，该传感器实现了对BPA的双重检测模式，不仅提高了检测的可靠性，还增强了其在实际应用中的适应性。

该研究提出的双模式传感策略为构建高效、稳定的BPA检测系统提供了新的思路。通过结合比色和荧光两种检测方式，该平台能够相互验证检测结果，从而提升整体检测的可信度。此外，该技术路径也为食品样品中BPA的高灵敏度检测提供了可行的解决方案。这种基于适配体与功能性纳米材料的协同作用的传感方法，不仅有助于解决传统检测方法中存在的诸多问题，还为环境监测和食品安全评估提供了新的工具。随着对适配体识别机制和纳米材料特性研究的深入，未来有望进一步优化此类双模式传感器，使其在实际应用中更加便捷、高效和可靠。