基于光控Toe-hold门控与Nb.BbvCI辅助扩增技术的COF/MOF基电化学适配体传感器用于脱氧雪腐镰刀菌烯醇的检测

《Microchemical Journal》：Photocontrolled toehold gating coupled with Nb. BbvCI-assisted amplification for Deoxynivalenol detection using a COF/MOF-based electrochemical Aptasensor

　　

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  365 nm 光裂解步骤暴露了 HP1 中的 cDNA 入侵起始点。
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  暴露的起始点启动了 Nb.BbvCI 辅助的循环扩增。
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  MCA/Ce-MOF/PEI-rGO 支持探针结合和界面电荷转移。
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  该适配体传感器提供的计算检测限为 3.32 pg/mL。
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  玉米粉提取物的回收率在 93.24% 到 97.70% 之间。

引言

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），又称呕吐毒素，是一种源自镰刀菌属的霉菌毒素，经常污染谷物和谷物产品。其在食物链中的存在以及对肠道和免疫功能的不良影响促使开发了可靠的分析方法 [1], [2]。高效液相色谱和液相色谱 - 串联质谱提供了 DON 及相关霉菌毒素的定量测定，但需要实验室仪器和适当的样品制备 [3], [4]。电化学生物传感器通过耦合分子识别和电信号提供了互补的分析格式 [5]。近期进展包括智能手机辅助的电化学免疫传感大红霉素以及用于玉米赤霉烯酮和蛋白抗原的双模式免疫层析 - 电化学平台，说明了如何整合识别界面和读数格式以进行靶标分析 [6], [7], [8]。对于 DON，一个重要的设计目标是将分子识别转化为放大的信号，同时保持对产生信号反应启动的控制。

结合 DON 的 DNA 适配体提供了序列定义的识别元件，可整合到核酸传感方案中 [9], [10]。在竞争性设计中，靶标结合可以释放一条作为下游扩增触发的互补链。靶标诱导的链释放和切口内切酶辅助的扩增已在生物传感中结合使用以增加信号输出 [11], [12]。除了扩增效率外，触发结合域的可及性提供了一种控制下游反应何时开始的手段。可光裂解的 DNA 结构适合此目的：Huang 等人证明，裂解 DNA 发夹内的 2-硝基苄基连接子可暴露之前被隔离的起始点，并允许随后的链置换 [13]。这种方法提供了将外部光输入与具有扩增能力的 DNA 底物的形成耦合的基础。将这种门控机制纳入 DON 检测允许将靶标识别和扩增底物激活组织为不同的步骤。

电极界面还必须支持探针结合和扩增 DNA 信号的电转导。金属有机框架（MOFs）提供了化学可调的配位结构 [14]，并且一种半导体双金属 MOF 已被用作电化学免疫传感中的抗体支撑和电极修饰剂 [15]。相关的适配体传感器已采用三聚氰胺 - 三聚氰酸衍生的共价有机框架（MCA）用于含 MOF 的复合材料中，包括 Ce-MOF/MCA 和碳支撑的多组分界面 [16], [17]。共价有机框架已更广泛地开发为食品安全监测的生物模拟传感平台 [18]。这些研究激发了将功能性探针支撑表面与促进电荷转移的组分集成。还原氧化石墨烯已被用于改善基于 Ce 的 MOF 复合物的电化学性能 [19]。在此，聚乙烯亚胺官能化还原氧化石墨烯（PEI-rGO）与 MCA/Ce-MOF 结合，以将基于碳的支撑和含胺表面与富含杂原子的 MCA/Ce-MOF 界面相结合。设计原理是探针组装和界面电荷转移之间的功能互补性，整体效益通过靶标诱导的电化学响应进行评估。

在本工作中，我们开发了一种电化学 DON 适配体传感器，将 365 nm 光控起始点暴露与 Nb.BbvCI 辅助的循环扩增耦合，修饰于 MCA/Ce-MOF/PEI-rGO 修饰的金电极上。DON 结合从磁性微球上的适配体 -cDNA 双链中释放互补 DNA（cDNA）。磁分离后，照射裂解 HP1 中的光敏位点，允许 cDNA 访问暴露的起始点并形成后续 Nb.BbvCI 介导循环所需的链双链底物。产生的 S 链与表面结合的 HP2 杂交；随后 K⁺ 稳定的 G-四联体形成使得基于亚甲基蓝（MB）的差分脉冲伏安法读数成为可能，这与 MB 与 G-四联体的既定相互作用一致 [20]。该研究检查了光控、酶促扩增和复合传感界面的耦合，并评估了玉米粉提取物中的 DON 检测。

章节摘要

化学品和仪器

寡核苷酸序列、供应商和仪器列在支持信息中。DON 适配体序列取自 CN102559686A [9]。

纳米材料和 apt-cDNA/MBs 的制备

制备 MCA、Ce-MOF、MCA/Ce-MOF、PEI-rGO、MCA/Ce-MOF/PEI-rGO 和 Apt-cDNA/MBs 的详细程序见支持信息。方案 1A-C 总结了材料制备，方案 1D,E 显示了扩增和电极读数步骤。制备中使用的每种前体的量列于

纳米材料的表征

MCA 形成了由径向排列的纳米片组装而成的花状微球（图 1 A-C）。比例尺表明这些结构处于微米级。C、N 和 O 的元素图谱（图 1D）与三聚氰胺 - 三聚氰酸的组成一致。Ce-MOF 在 SEM 和 TEM 图像中显示出束状棒状颗粒（图 1E,F）。相应的图谱显示 Ce、C 和 O，以及较弱的 N 信号（图 1G）。因为氮不是理想 Ce-BTC

结论

通过耦合起始点暴露与 Nb.BbvCI 辅助的循环扩增，开发了一种光控电化学适配体传感器。DON 结合从 Apt-cDNA/MBs 中释放 cDNA，但对 HP1 的访问仍然受限，直到 365 nm 照射裂解光敏连接子并暴露起始点。产生的 cDNA-HP1 双链提供了 Nb.BbvCI 识别位点，使 cDNA 循环并产生多条 S 链成为可能。S 与表面结合的 HP2 杂交，随后 K⁺ 诱导的

CRediT 作者贡献声明

Yao Lian: 撰写 – 初稿。 Jia Wu: 撰写 – 初稿。 Baoshan He: 研究。 Chunqi Bai: 研究。 Hongjun Wang: 研究。 Gengan Du: 研究。 Long Wang: 研究。 Ruifang Peng: 研究。 Wenjie Ren: 研究。 Yiwei Xu: 研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究由国家自然科学基金委（基金号 61301037）、河南省自然科学基金（编号 252300423111）、河南理工大学创新基金计划（基金号 2021ZKCJ13）、河南省科技研发项目联合基金（基金号 225200810066）、河南理工大学拓新团队培育项目（基金号 2024TXD05）以及“双

Yao Lian|Jia Wu|Baoshan He|Chunqi Bai|Hongjun Wang|Gengan Du|Long Wang|Ruifang Peng|Wenjie Ren|Yiwei Xu