创新双靶点电化学生物传感器：守护食品安全的新利器

为解决传统真菌毒素检测技术灵敏度和效率不足的问题，研究人员开展了基于电化学阻抗谱（EIS）的双靶点电化学生物传感器检测黄曲霉毒素 B1和玉米赤霉烯酮的研究。结果显示该传感器性能可靠，对保障食品安全意义重大。

　　在食品安全领域，真菌毒素污染一直是个令人头疼的大问题。黄曲霉毒素 B₁（Aflatoxin B₁）和玉米赤霉烯酮（Zearalenone）这两种由曲霉、镰刀菌和青霉等产生的次生代谢产物，常常悄无声息地污染各种农产品。在温暖潮湿的热带和亚热带地区，农作物深受其害，玉米、花生、坚果等都可能成为它们的 “栖息地”。

这些毒素对人体健康的危害极大。黄曲霉毒素 B₁与肝癌的发生密切相关，尤其是在乙肝感染率高的人群中，它就像一个 “帮凶”，加剧患癌风险。玉米赤霉烯酮则是个 “内分泌捣乱分子”，能干扰人体和动物的内分泌系统，引发不孕不育、胎儿发育不良、儿童性早熟等生殖问题。而且，受污染的农作物不仅危害健康，还会因质量下降、贸易受限等原因，给农业经济带来沉重打击。

面对如此严峻的形势，传统的检测方法却有些 “力不从心”。像酶联免疫吸附测定（ELISA）、液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）和荧光检测等技术，虽然在一定程度上能检测出这些毒素，但它们成本高昂、操作繁琐，还需要专业的实验室设备，难以满足快速、现场检测的需求。例如，高效液相色谱（HPLC）虽常用，但样品前处理复杂，十分耗费人力。在这样的背景下，研究人员迫切需要开发一种更先进、更便捷的检测技术。

于是，来自未知研究机构的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们致力于开发一种基于电化学阻抗谱（EIS）的新型双靶点电化学生物传感器平台，用于同时检测玉米粉中的黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮。经过不懈努力，他们取得了一系列令人瞩目的成果。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》上。

在研究过程中，研究人员用到了几个关键技术方法。首先是电化学阻抗谱（EIS）技术，这是整个传感器检测的核心技术，通过测量传感器表面发生的电荷变化来实现对毒素的检测。其次，利用动态光散射（DLS）和 zeta 电位测量技术分析胶体系统，了解毒素 - 抗体复合物的颗粒行为和稳定性。此外，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术验证传感器表面分子的结合情况，确保传感器的功能正常。

下面来看看具体的研究结果。

• 2 - plex 传感器的表征：通过 DLS 和 zeta 电位测量发现，添加抗体后，毒素颗粒尺寸增大，zeta 电位绝对值增加，这表明抗体与毒素结合形成了更大的复合物，且复合物的静电排斥增强，稳定性提高。同时，FTIR 光谱验证了抗体成功固定在传感器表面，原子力显微镜（AFM）图像也直观地显示了抗体的固定情况，这些都证明了传感器的功能和高效性。
• 修饰后的双靶点传感器平台的电化学信号响应：运用 EIS 技术对定制的双靶点传感器进行电化学性能评估。研究发现，随着毒素浓度增加，Nyquist 图向虚轴移动，表明抗原结合增强。通过分析确定 200Hz 为生成校准剂量 - 响应曲线的最佳频率，此时信号 - 噪声比最高。并且，传感器检测黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮的结果与实际浓度相关性良好，R²值分别为 0.978 和 0.985，误差百分比在给定浓度范围内均低于 20%，证明了传感器在实际应用中的可行性和有效性。
• 加标回收和台式设备与便携式设备的相关性研究：加标回收实验表明，黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮在给定浓度范围内的回收率均高于 80%，体现了传感器测量的准确性和可靠性。对便携式设备和实验室参考仪器进行 Pearson 相关性分析发现，两者结果具有很强的线性关系，相关系数分别为 0.9872 和 0.988，且配对 t 检验显示两种仪器对应剂量测量无显著差异，证明了便携式设备可用于现场毒素检测。
• 交叉反应性、重现性和重复性研究：交叉反应性测试显示，该传感器对结构相似的毒素交叉反应极小，在不同浓度下总体阻抗变化小于 10%，表明其具有高选择性。同时，传感器在检测黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮时，批内和批间变异系数（% CV）均低于 20%，符合临床和实验室标准协会（CLSI）标准，证明了其检测的精确性和可靠性。
• 分类器模型研究：分类器模型在区分玉米粉中黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮的安全与不安全水平方面表现出色。该模型对黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮的正确分类率较高，相应的受试者工作特征曲线（ROC）下面积（AUC）值分别为 0.86 和 0.91，表明模型具有很强的预测能力，能有效进行实时毒素筛查。

综合研究结论和讨论部分，研究人员成功开发了用于同时检测玉米粉中黄曲霉毒素 B₁和玉米赤霉烯酮的双靶点电化学生物传感器。该传感器具有快速（响应时间小于 5 分钟）、灵敏（检测限分别为 0.005 ng/mL 和 0.05 ng/mL）、所需样本量小（5 μL）等优点，在实验室和便携式设备测试中均表现可靠。其高特异性和良好的重复性、重现性，为现场检测玉米粉中的毒素污染提供了有力的技术支持。

这项研究成果对食品安全和公共健康意义非凡。它不仅为食品行业提供了一种高效、便捷的毒素检测手段，有助于及时发现受污染食品，防止其流入市场危害消费者健康；还推动了传感器技术在食品安全领域的应用和发展。未来，研究人员计划进一步拓展该传感器的应用范围，使其能检测更多种类的食品和真菌毒素；同时，将其与无线数据传输和微型电子技术相结合，实现实时远程监测，并提高传感器在不同存储和环境条件下的长期稳定性，向着开发可现场部署的多分析物传感平台迈进，为全面保障食品安全贡献力量。