基于 Au@Pt 纳米花和 HCR 信号放大策略的用于氯霉素检测的电化学适配体传感器

《Electrochimica Acta》：Electrochemical aptasensor for chloramphenicol detection based on Au@Pt nanoflowers and HCR signal amplification strategy

　　

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  Au@Pt纳米花被用于构建增强型电化学信号探针。
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  开发了一种DNA walker触发的HCR策略，用于级联信号放大。
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  一种高灵敏度的适配体传感器实现了CAP的宽线性范围检测。
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  该适配体传感器检测限低至0.28 pg/mL，且在真实样品中表现出令人满意的性能。

引言

氯霉素是一种广谱抗生素，已被广泛应用于畜牧、禽类和水产养殖中，用于预防传染病和促进生长[1]。其残留物可能通过药物饲料和废水排放等途径进入食物链，导致CAP在动物源性食品中的持续存在。膳食中CAP残留的暴露与骨髓抑制、再生障碍性贫血和灰色婴儿综合征等不良效应相关，引发了对食品安全和公共卫生的担忧[1]。因此，需要具有高灵敏度和快速分析能力的可靠分析方法，以实现对CAP的有效监测[2]。传统的CAP检测方法主要包括高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和酶联免疫吸附测定（ELISA）。近年来，基于纳米材料的电化学和光学传感平台已成为食品基质中快速检测CAP的有前途的替代方案[3]。此外，纳米材料辅助的适配体传感结合酶促信号放大已被应用于鱼类样品中抗生素残留的灵敏分析和动态监测[4]。基于纳米材料修饰电极的电化学适配体传感策略也被应用于食品样品中抗生素残留的灵敏测定[5,6]。

电化学适配体传感器因其操作简单、响应快速、成本低廉和便携性好而在食品污染物分析中备受关注。其分析性能与电极界面的理化性质密切相关，特别是电极修饰材料的性质。因此，合理设计功能纳米材料对于促进电子转移和改善电化学传感界面的稳定性具有重要意义[7]。Au@Pt纳米花是核-壳双金属纳米结构，具有金核和枝晶状铂壳。其开放结构、大比表面积、丰富的活性位点和良好的电学性能赋予了它们优异的电催化活性，使其成为电化学传感的有吸引力材料[8]。Au@Pt纳米花已被整合到修饰电极中，以增强电化学响应，展示了它们作为敏感检测功能电极材料的潜力[9]。除了作为电极修饰材料外，Au@Pt基纳米复合材料还可以与氧化还原活性分子结合，用于电化学信号转导。例如，亚甲基蓝（MB）已被用作Au@Pt基适配体传感器中的电化学信号探针，提供了一种将目标识别事件转化为可测量电化学响应的途径[10]。

适配体是通过结构相互作用识别特定靶标的短单链核酸，因其高亲和力、化学稳定性好和易于修饰而被广泛用作生物传感器中的识别元件。然而，单次目标识别事件通常只能产生有限的可检测信号，这可能会限制基于适配体的传感器对痕量分析物的灵敏度。因此，信号放大对于提高适配体传感平台的分析性能至关重要。基于DNA的放大系统因其反应路径可以被合理编程并易于与生物传感界面整合而备受关注。DNA walker是一种动态DNA纳米机器，它沿着核酸轨道进行程序化运动，从而实现重复的反应循环和放大信号的产生[11,12]。与此并行，杂交链式反应（HCR）是一种无酶放大策略，其中亚稳态发夹探针通过连续杂交和打开来生成延伸的DNA组装体。其等温操作、高放大效率和相对简单的反应设计使HCR成为生物传感应用中广泛使用的信号增强策略[13,14]。因此，DNA walker介导的循环放大与HCR的结合为构建具有增强信号输出的级联放大系统提供了一种有前途的途径。

相关的电化学传感系统已将DNA walker触发的HCR与AuPt基材料相结合。例如，Wang等人开发了一种赭曲霉毒素A传感器，集成了Pb2?激活的π结构双足DNA walker、HCR和AuPt NPs/Zr-MOF[15]。在该系统中，DNA切割和HCR在均相反应系统中进行，而AuPt NPs/Zr-MOF作为电极修饰材料。在另一项相关研究中，Suo等人采用了Au@Pt/Fe-N-C纳米复合材料和MB/Ag?双信号探针，用于赭曲霉毒素的比率检测[10]。这些研究表明，AuPt基材料在DNA放大和电化学信号转导中已有成熟的应用。

本研究开发了一种电化学适配体传感器用于CAP检测，该传感器将磁珠辅助的DNA walker与电极上的HCR及负载MB的Au@Pt纳米花信号探针相结合。Mg2?依赖的DNA walker反应产生DNA片段，用于后续在金电极上的组装并启动HCR。由此产生的HCR组装体为连接在负载MB的Au@Pt纳米花上的S1链提供了重复的杂交位点，从而促进电化学信号探针在电极表面的积累。因此，Au@Pt纳米花作为MB和DNA杂交链的载体发挥作用，而非预沉积的电极修饰层，分析响应来源于MB信号而非MB/Ag?电流比率。本工作的具体贡献在于将磁珠辅助的DNA放大、电极上的HCR生长和序列导向的负载MB纳米花探针招募组织到CAP传感平台中。该平台经过了系统表征，并评估了其分析性能和在真实样品中的适用性。

章节摘要

材料、试剂和仪器

本研究使用的寡核苷酸序列见表1。所有DNA寡核苷酸由上海衍微生物科技有限公司（中国上海）合成并经HPLC纯化。氯化钠（NaCl）、盐酸（HCl）、硫酸（H?SO?）、亚甲基蓝（MB）、氯化钾（KCl）和抗坏血酸（AA）购自天津凯米奥化学试剂有限公司（中国天津）。乙醇和绝对乙醇购自天津市天力化学试剂有限公司（中国天津）。钠

Au@Pt纳米花的表征

金纳米颗粒被用作核材料，随后修饰铂纳米颗粒以构建Au@Pt纳米花。所获得的Au@Pt纳米花具有大的比表面积和令人满意的电导率，为DNA固定化提供了丰富的活性位点，促进了电化学信号放大。所制备Au@Pt纳米花的形貌、元素组成和晶体结构通过TEM、EDS、XPS和XRD进行了表征。

如图1A所示，TEM

结论

本研究开发了一种基于Au@Pt纳米花和杂交链式反应信号放大的电化学适配体传感器，用于灵敏检测CAP。通过将Au@Pt纳米花的电催化性能与HCR的信号放大能力相结合，所提出的传感器实现了增强型电化学信号输出以检测CAP。在优化条件下，该电化学适配体传感器表现出0.01–500 ng/mL的宽线性检测范围，检测限为6.41 pg/mL。

CRediT作者贡献声明

范静雯：验证、方法学、调查、形式化分析。侯先荣：调查、数据管理。李佳怡：撰写-初稿、方法学、调查、形式化分析、数据管理。索智广：撰写-审阅与编辑、监督、资源、概念化、资金获取。吴宁鹏：监督、资源。王桂英：资源。魏敏：监督、形式化分析。

Jingwen Fan|Xianrong Hou|Jiayi Li|Zhiguang Suo|Ningpeng Wu|Guiying Wang|Min Wei