《Analytica Chimica Acta》：Wide-range and sensitive detection of LPS using a transporter@liposome enhanced electrochemical aptasensor
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摘要对脂多糖（LPS）的严格检测对于确保药品和食品安全至关重要，有助于有效控制药品和食品中的内毒素污染。由于不同样本中LPS浓度存在很大差异，因此需要开发出具有宽动态范围和高灵敏度的检测方法。本文提出了一种新策略，利用金属螺旋结构嵌入脂质体来修饰电化学传感器，结合适体探针实现LP
摘要
对脂多糖（LPS）的严格检测对于确保药品和食品安全至关重要，有助于有效控制药品和食品中的内毒素污染。由于不同样本中LPS浓度存在很大差异，因此需要开发出具有宽动态范围和高灵敏度的检测方法。本文提出了一种新策略，利用金属螺旋结构嵌入脂质体来修饰电化学传感器，结合适体探针实现LPS的高性能检测。金属螺旋结构能够非破坏性地整合到脂质双层中，作为选择性的氯离子转运体，增强氯离子通过膜的渗透，从而提高脂质体膜的通透性和导电性。这种机制能够放大电流响应，显著提高检测灵敏度并降低检测限（LOD）。脂质体球形结构的较大表面积以及高密度适体的存在，也极大地增强了其对高浓度目标的吸附能力。该适体传感器实现了0.44 fg/mL的检测限，并具有高达1 μg/mL的宽动态范围，在药品注射液和食品样本中的LPS检测中表现出良好的回收率和准确性。
引言
脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌外膜的主要成分，对药品和食品安全构成严重威胁[1]。在食品中，LPS浓度通常在pg/mL到μg/mL之间，而药品质量控制的标准要严格得多[2]。根据中国药典规定，注射剂、植入式医疗设备和透析液中的LPS浓度每小时每公斤体重不得超过0.2 EU/mL（约40 pg/mL）[3]。全球范围内，由LPS引起的中毒每年导致数百万人死亡。即使在pg/mL的浓度下，LPS也可能激活先天免疫系统，引发过度炎症反应，导致危及生命的状况，如脓毒性休克和多器官衰竭[4][5]。因此，开发出具有极宽动态范围（pg/mL到μg/mL）和超低检测限的LPS检测方法对于药品和食品安全至关重要[6][7]。
鲎变形细胞溶解物（LAL）测定法仍是LPS检测的标准方法，但依赖于濒危的鲎血液，这引发了实际操作和保护方面的问题[8][9]。迄今为止，已经开发出多种LPS检测技术，包括荧光[8]、电化学发光（ECL）[10][11]、表面增强拉曼散射（SERS）[12]和电化学技术[6][13]。这些方法的检测限通常在1 pg/mL到1 ng/mL之间，动态范围为3到5个数量级。然而，大多数技术在实现低检测限的同时难以保持从痕量到高浓度的检测范围，限制了其广泛应用。尽管如此，电化学传感器因成本低、稳定性高和便携性强而具有吸引力，尤其是当集成简单的可调节信号放大系统时[14][15][16]。
为了实现LPS的高灵敏度检测，研究者设计了多种用于电化学信号放大的纳米材料，如碳纳米材料[17]、金属纳米材料[18]、金属有机纳米材料[19]、有机小分子[20]和生物大分子[21]。脂质体作为一种人工脂质双层囊泡，在传感器设计中越来越受到重视[22]。其球形磷脂自组装结构具有良好的生物相容性[23]，脂质双层允许表面修饰，可以结合抗体、适体和肽等生物探针。此外，其较高的比表面积提供了丰富的纳米探针固定界面，有助于电化学传感器中的信号放大[24][25]。然而，脂质体的天然绝缘性也降低了检测灵敏度，限制了其在电化学传感器中的广泛应用。
本文报道了一种基于合成离子转运体嵌入脂质体膜的电化学信号放大策略（transporter@liposome）。通过将超分子材料插入脂质双层作为合成离子转运体，可以同时实现选择性离子传输和精确调节膜通透性[26]。这种机制不同于传统的信号放大方法，因为传统的合成离子转运体难以实现高效和精确的调控[27][28]。通过金属螺旋结构C1增强绝缘脂质体的导电性（C1@liposome），transporter@liposome在不使用多层复合材料的情况下显著提升了电化学传感器的输出电流，从而达到超低检测限。由于高密度适体与脂质体的结合，该传感器具有宽动态范围，适用于各种需要低检测限或宽检测范围的食品和药品检测。
章节片段
脂质体制备
按照10:10:1的质量比[29][30]，将1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DMPC）、胆固醇和1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（DMPE）溶解在氯仿/甲醇混合物（3.4 mL/0.6 mL）中。充分混合后，在25 °C下进行旋蒸直至获得均匀透明的脂质膜。然后通过真空干燥（-0.1 MPa，3小时）去除溶剂残留，最后使膜水化。
Apt/Lipo/AuNPs/SPE传感器的表征
成功制备电化学传感器的前提是对SPE进行彻底激活和清洗，然后通过循环伏安扫描（CV scan，图S1a和1b）对其进行表征。AuNPs的电化学沉积通过循环电位扫描实现，使用的氯金酸浓度为8 mM。清洁的SPE和AuNPs/SPE工作电极的表面形态通过扫描电子显微镜（SEM，图1a, b）进行了观察，显示AuNPs均匀分布在电极表面。
结论
本研究介绍了一种基于金属螺旋结构C1嵌入脂质层内的Apt/C1@Lipo/AuNPs/SPE电化学传感器，采用协同信号放大策略。功能化的脂质体允许高密度装载捕获LPS的适体，有效扩展了检测范围。同时，金属螺旋结构C1的加入促进了氯离子的传输，显著增强了电流响应。
CRediT作者贡献声明
胡欣宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，监督，资金争取。宋树凯：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，数据处理。林瑞宇：撰写 – 审稿与编辑，实验研究。郑卫东：实验研究，数据处理。齐昊臣：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金争取。徐琳：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源调配。张健：撰写 – 审稿与编辑，资源调配，概念构思。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本项工作得到了国家重点传感器技术实验室（SKT2509）、国家自然科学基金（62074047）、浙江省自然科学基金（LQ21B020001）以及温州市科学技术协会基金（KJFW2025-017）的支持。
Xinyu Hu|Shukai Song|Ruyu Lin|Weidong Zheng|Haochen Qi|Lin Xu|Jian Zhang
中国温州市温州大学电气与电子工程学院，智能低压设备与新能源应用浙江省重点实验室，温州市325035
