一种新型的SERS/电化学双通道适配体传感器，用于检测谷物食品中的黄曲霉毒素（AFB）

《Microbiology Resource Announcements》：A novel SERS/electrochemical dual-channel aptasensor for the detection of aflatoxin (AFB 1) in cereal foods

表面增强拉曼光谱/电化学双通道 aptasensor 对于黄曲霉毒素B1 的高灵敏检测（检测限2×10?? ng/mL，回收率91-117%），基于Fe?O?@Au@Ag 纳米颗粒的功能化设计，利用磁分离实现SERS信号与电化学信号的双通道竞争检测。

　　这项研究开发了一种新型的表面增强拉曼散射（SERS）与电化学双通道适配体传感器，用于高灵敏度检测黄曲霉毒素B1（AFB1）。黄曲霉毒素B1是一种由真菌产生的代谢产物，具有高度的毒性和致癌性，被国际癌症研究机构（IARC）归类为第一类致癌物。由于其在食品中的广泛存在，特别是在玉米、花生、小麦等谷物表面，AFB1的检测对于食品安全至关重要。许多国家对AFB1在谷物中的最大残留量设定了严格的限制，例如一些国家规定AFB1的含量不得超过2 μg/kg，而欧洲委员会则将其设定为4 μg/kg。因此，开发一种快速、准确且易于操作的AFB1检测方法具有重要意义。

目前，用于AFB1检测的技术包括液相色谱-质谱联用（LC-MS）、高效薄层色谱（HPTLC）、高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）以及酶联免疫吸附测定（ELISA）等。这些方法虽然成熟且能够提供精确的结果，但通常需要复杂的样品前处理步骤、昂贵的仪器设备以及专业的操作人员，这在实际应用中带来了诸多限制。因此，寻找一种更为简便、可靠且具有高灵敏度的检测手段成为研究的重点。

SERS作为一种基于金属纳米结构表面增强效应的检测技术，能够显著提高拉曼散射信号的强度，从而实现对痕量物质的高灵敏度检测。其优势在于检测灵敏度高、环境干扰小以及光谱带较窄，适用于复杂基质中的分析。然而，传统的SERS检测方法存在一定的局限性，例如吸附过程的不均匀性可能导致信号不稳定，同时其他干扰物质也可能影响检测结果。为了解决这些问题，研究者们尝试通过改进纳米结构的设计和表面修饰来提升SERS的稳定性和选择性。

在本研究中，研究人员采用了一种结合SERS和电化学技术的双通道检测方法，以提高AFB1检测的准确性和可靠性。该方法利用了适配体与目标分子之间的特异性结合，结合了两种不同检测机制的优势。适配体作为一种具有高度亲和力和特异性的分子识别元件，能够特异性地结合AFB1。研究人员通过种子介导生长法合成了一种新型的Fe?O?@Au@Ag纳米颗粒，并在其表面修饰了AFB1适配体作为捕获探针。同时，通过将4-巯基苯甲酸（4-MBA）作为拉曼报告分子嵌入AuNs@Ag核壳结构中，并在表面固定单链DNA（ssDNA）作为信号探针，实现了信号探针与捕获探针之间的特异性结合。

当样品中没有AFB1存在时，信号探针与捕获探针通过互补碱基配对形成稳定的复合物。然而，当样品中存在AFB1时，由于适配体与目标分子之间的竞争结合，信号探针会被置换下来，从而改变检测信号。为了实现SERS检测，研究人员利用钕磁铁将沉淀物分离出来，用于拉曼信号的分析。而被磁铁分离后的上清液则被滴加到经过适配体修饰的丝网印刷金电极（SPGE）上，通过差分脉冲伏安法（DPV）检测电流变化。这两种信号的变化与AFB1的浓度密切相关，因此能够实现对AFB1的定量分析。

该方法的创新点在于结合了两种不同的检测机制，从而有效克服了单一检测方法的局限性。例如，SERS技术虽然具有高灵敏度，但其信号强度可能受到环境因素的影响；而电化学传感器虽然具有良好的稳定性和重复性，但在某些情况下可能无法提供足够的分辨率。通过将这两种技术相结合，研究团队构建了一种具有高稳定性和抗干扰能力的双通道检测系统。这种系统不仅能够实现对AFB1的高灵敏度检测，还能够通过信号的双重验证提高检测的可靠性。

此外，该方法在实际应用中展现出良好的性能。实验结果显示，该传感器的检测限（LOD）为2×10?? ng/mL，样品回收率在91%至117%之间，表明其在实际样品中的检测效果良好。这一检测限远低于许多现有方法的检测限，意味着该传感器能够检测到极低浓度的AFB1，适用于食品中痕量AFB1的快速筛查。同时，较高的回收率也表明该方法在实际应用中具有良好的重现性和准确性。

为了验证所合成的捕获探针和信号探针的结构和性能，研究人员采用了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段。这些技术不仅能够直观地展示纳米颗粒的形貌变化，还能够提供表面化学组成的信息，从而确保探针的正确修饰和功能实现。SEM图像显示了Fe?O?@Au@Ag纳米颗粒的成功制备，表明金种子能够在Fe?O?表面有效生长。TEM图像进一步验证了金种子在Fe?O?表面的均匀分布，而XPS分析则证实了探针表面化学修饰的成功。

在信号探针的构建过程中，研究人员通过将4-MBA嵌入AuNs@Ag核壳结构中，实现了对AFB1的高灵敏度检测。同时，通过在信号探针表面固定ssDNA，使其能够与捕获探针形成互补配对，从而增强信号的稳定性。这一设计不仅提高了检测的灵敏度，还增强了信号的特异性，减少了其他物质的干扰。

该研究的成果对于食品安全检测领域具有重要的意义。传统的AFB1检测方法虽然能够提供准确的结果，但其操作复杂、成本高昂，难以在基层或现场快速应用。而本研究提出的双通道适配体传感器则具有操作简便、成本低廉、检测速度快等优点，能够满足实际应用的需求。此外，该方法还具有良好的抗干扰能力，能够在复杂样品中准确检测AFB1的含量。

除了检测性能的提升，该方法还具备一定的可扩展性。通过调整适配体的序列和纳米结构的组成，可以将其应用于其他类型的毒素或污染物的检测。这种灵活性使得该方法不仅适用于AFB1的检测，还可能被推广到其他食品安全相关指标的监测中。同时，该方法也可以与其他检测技术相结合，进一步提高检测的准确性和效率。

在实际应用中，该双通道适配体传感器具有广泛的应用前景。例如，在食品加工、储存和运输过程中，可以利用该方法对AFB1的含量进行实时监测，从而确保食品安全。此外，在农产品的检测中，该方法也可以用于快速筛查，为监管部门提供有效的数据支持。由于该方法不需要复杂的仪器设备，因此可以在现场或资源有限的环境中进行应用，提高检测的可及性和实用性。

本研究还强调了适配体技术在生物传感中的重要性。适配体作为一种由核苷酸组成的分子探针，具有与抗体相似的特异性，同时具备良好的稳定性和可重复性。相较于传统的抗体检测方法，适配体在检测过程中不易发生变性，且可以在多种条件下保持活性，因此更适合用于现场检测和长期监测。此外，适配体可以通过化学修饰的方式被固定在不同的基质上，从而实现多种检测模式的结合。

从技术角度来看，该研究的成功得益于多种先进技术的综合应用。种子介导生长法作为一种有效的纳米材料合成方法，能够实现对纳米颗粒形貌的精确控制，从而提高其表面增强效应。同时，通过使用PAMAM树状聚合物作为偶联剂，研究人员能够提高适配体在纳米颗粒表面的固定效率，增强探针的稳定性。这些技术的结合不仅提高了检测的灵敏度和准确性，还为后续研究提供了新的思路。

在实际应用中，该双通道适配体传感器的优势尤为明显。其操作过程相对简单，无需复杂的样品前处理步骤，也不需要昂贵的仪器设备，这使得该方法在资源有限的环境中具有较高的可行性。此外，该方法的检测时间较短，能够在短时间内完成检测，适用于快速筛查的需求。这些特点使其在食品安全检测、环境监测以及临床诊断等领域具有广阔的应用前景。

综上所述，这项研究提出了一种基于SERS和电化学双通道检测的新型适配体传感器，用于高灵敏度检测AFB1。该方法不仅克服了传统检测技术的局限性，还通过结合两种检测机制的优势，提高了检测的准确性和可靠性。实验结果表明，该传感器在检测限、回收率和稳定性方面均表现出色，能够满足实际检测的需求。此外，该方法在技术实现和应用推广方面也具有一定的可行性，为食品安全检测提供了新的解决方案。未来，随着相关技术的不断发展，该方法有望在更广泛的领域中得到应用，为人类健康和食品安全提供更加有效的保障。