《Sensors and Actuators B: Chemical》：Dye-conjugated albumin host enables long-lived FRET-based ratiometric determination of ochratoxin A
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摘要超分子化学通过主客体相互作用实现精确的定性和定量分析，已成为一种重要的方法学基础。它的优势在于能够合理设计出高度选择性的传感系统，从而实现对分子识别和信号输出的精准控制。在此，我们报道了一种基于染料偶联白蛋白的主客体超分子传感器（FITC-BSA），该传感器可通过福斯特共振能
摘要
超分子化学通过主客体相互作用实现精确的定性和定量分析，已成为一种重要的方法学基础。它的优势在于能够合理设计出高度选择性的传感系统，从而实现对分子识别和信号输出的精准控制。在此，我们报道了一种基于染料偶联白蛋白的主客体超分子传感器（FITC-BSA），该传感器可通过福斯特共振能量转移机制实现赭曲霉毒素A的长期比率检测。该传感机制已通过动态光散射、小角X射线散射、荧光寿命测定以及分子对接研究得到了全面验证。值得注意的是，这种传感器具有极高的稳定性、快速的响应速度以及出色的选择性，能够检测赭曲霉毒素A。此外，该传感器在酒精饮料中的应用也证明了其实际效用，具备良好的灵敏度和分析可靠性。
引言
近年来，超分子化学通过主客体相互作用实现精确的定性和定量分析，已成为一种重要的方法学基础[1]、[2]、[3]、[4]。它的优势在于能够合理设计出高度选择性的传感系统，从而实现对分子识别和信号输出的精准控制[5]。在各种超分子系统中，基于蛋白质的主客体体系因具有良好的水溶性、不对称的结合口袋以及表面丰富的氨基酸残基所形成的多种非共价键而备受关注[6]、[7]、[8]。尤其是白蛋白，因其广泛的配体结合能力、构象灵活性以及低成本特性，已成为一种重要的主客体载体[9]、[10]、[11]。这些特性推动了基于白蛋白的主客体指示剂置换分析法的发展，可用于检测多种生物及环境相关的分析物[12]、[13]、[14]。在这种系统中，荧光响应源于目标分析物与白蛋白结合口袋中的染料指示剂之间的竞争性置换，从而形成一种模块化且多功能的传感机制（图1a）。然而，由于这类主客体传感系统的稳定性较差，必须在检测前新鲜制备，无法长期储存。
为此，我们旨在开发一种在水中具有高稳定性，且在长期储存和实际使用中仍能保持稳定性能的传感平台。为此，我们引入了一种融合蛋白质骨架与小分子染料的混合荧光探针（图1b）。尽管这类探针已被广泛用于观察活细胞中的蛋白质功能，但其在分析化学领域用于监测生物及环境危害方面的应用仍然极为有限[15]、[16]、[17]、[18]。据我们所知，这项研究是首个报道基于共价染料标记的白蛋白生物传感器，可用于赭曲霉毒素A的比率检测。借鉴关于半合成蛋白质的现有研究[19]、[20]、[21]、[22]、[23]以及我们在基于白蛋白的超分子系统方面的研究经验[24]、[25]、[26]、[27]，我们利用牛血清白蛋白作为蛋白质载体，通过不可逆的共价标记策略将其与荧光素结合，制备出了可溶于水的染料偶联生物传感器（图1b）。当赭曲霉毒素A与BSA的结合口袋结合后，赭曲霉毒素A与荧光染料之间会发生福斯特共振能量转移，从而产生高特异性且具有比率特性的荧光响应。
章节节选
FITC-BSA的制备
首先将荧光素5-异硫氰酸酯（FITC，6.3毫克）溶解在1毫升二甲亚砜中，得到均匀的标记溶液。另取1克BSA，在温和搅拌下溶解在30毫升pH约为7.4的HEPES缓冲液中。然后逐滴将FITC/DMSO溶液加入BSA溶液中。反应混合物在冰浴条件下持续反应8小时，同时每小时更换冰包以保持低温环境。
结果与讨论
如图1a所示，该荧光素偶联BSA传感器是通过用荧光素异硫氰酸酯对BSA进行共价修饰而制成的。FITC中的亲电性异硫氰酸酯基团可以与伯胺发生反应，尤其是BSA中赖氨酸残基的ε-氨基，从而形成在生理和常温条件下仍保持稳定的硫脲键。在BSA中，赖氨酸残基含量丰富，且分布不均。
结论
综上所述，我们报道了一种具有优异环境稳定性的染料偶联白蛋白传感器（FITC-BSA），该传感器响应迅速、灵敏度高，能够对赭曲霉毒素A产生明显的比率荧光响应。该传感机制已通过多种实验方法得到了全面验证。在实际的酒精饮料检测中，该传感器也能在存在干扰物质的情况下保持高特异性。总体而言，这种传感器具有很大的应用潜力。
作者贡献说明
刘斌：论文撰写——审阅与编辑、项目监督、项目管理、资金获取。梁伟新：实验验证、资金获取。秦天一：实验研究。徐忠勇：实验研究。卢百洲：方法设计。彭军：方法设计、实验研究、数据整理。张世伟：方法设计、资金获取。伊曼纽尔·大卫·查尔斯：论文撰写——初稿。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢以下机构的财政支持：中国国家自然科学基金（22377081）、深圳市科技计划项目（JCYJ20230808105411023和JCYJ20250604175932043）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515011156和2025A1515011960）、广东省化学计量与应急检测技术重点实验室研究基金项目（KF2024001），以及深圳市科技创新委员会项目（SYSPG20241211173901007）。此外，我们还要...
彭军|伊曼纽尔·大卫·查尔斯|张世伟|徐忠勇|秦天一|卢百洲|梁伟新|刘斌
深圳大学材料科学与工程学院，广东省新能源材料服役安全重点实验室，中国深圳518060
