《Food Chemistry》：CRISPR/Cas12-driven portable paper-based electrochemical aptasensor based on 0D/2D Au@Ti
3C
2 MXene for AFB1 detection
编辑推荐：
便携式CRISPR/Cas12a纸基电化学aptasensor通过Au@Ti3C2 MXene异质结构实现AFB1高灵敏度检测，检测限0.16 pg/mL，在复杂基质中验证良好特异性与稳定性。
王秀文|张晓波|郭一凡|郑秋月|胡冰|刘荣刚|曹继娟
教育部生物技术与生物资源利用重点实验室，大连民族大学生命科学学院，中国大连116600
摘要
黄曲霉素B1（AFB1）是一种广泛存在且具有强致癌性的小分子有毒污染物，对食品安全构成重大风险。因此，需要一种便携、经济且可在现场使用的检测方法来灵敏地检测AFB1。本研究开发了一种基于纸张的电化学适配体传感器，该传感器结合了CRISPR/Cas12a技术和0D/2D Au@Ti3C2 MXene异质结构，实现了对AFB1的高灵敏度和快速检测。该适配体传感器利用Au@Ti3C2 MXene优异的电子传输性能来放大电化学信号，而CRISPR/Cas12a的转切割活性在AFB1特异性适配体的作用下被触发，从而实现了高特异性。使用便携式电化学工作站，这种基于纸张的电化学传感平台显示出0.5?pg/mL–100?ng/mL的线性检测范围，检测限为0.16?pg/mL，并在添加了AFB1的样品中实现了93.0%–106.0%的回收率，显示出作为现场分析霉菌毒素的快速便携工具的潜力。
引言
黄曲霉素B1（AFB1）是一种有毒的小分子，在玉米、谷物、花生和饲料等农产品中广泛存在（Lu等人，2026；Sun等人，2024）。根据欧盟的规定，谷物中黄曲霉素B1的最大允许含量为2?μg/kg，因为即使在低浓度下，摄入黄曲霉素也会对人类健康造成严重风险，可能导致肝癌（Dai等人，2024；Shi等人，2024）。因此，国际癌症研究机构（IARC）将AFB1列为I类致癌物（Hu等人，2025；Wei等人，2025）。为此，已经开发了多种量化其存在的方法，如高效液相色谱（HPLC）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）（Romero-Sánchez等人，2022；Shen & Singh，2022）。然而，从复杂的食品基质中提取分析物需要多个制备和纯化步骤，使得过程耗时（Hu等人，2021）。此外，这些方法通常成本较高，且需要经验丰富的操作人员来正确执行（Zhang等人，2021）。因此，一个能够平衡精度、易用性和低成本的AFB1检测系统是一个重要的问题。
基于纸张的电化学传感器结合了便携性和环境友好性等优点（Jiang等人，2024；Shamili等人，2025）。与常用的贵金属电极材料相比，自制的基于纸张的碳材料具有低成本和优异的稳定性。同时，由于具有微型化的潜力，基于纸张的电化学传感器特别适合集成到便携式电化学设备中，为现场测量食品样品中的AFB1提供了很大希望（Li等人，2022）。例如，Li等人（Li等人，2024）报道了一种用于AFB1检测的电化学纸质传感器，实现了0.16?pg/mL的检测限（LOD）。此外，Yao等人（Yao等人，2024）开发了一种基于磁性氧化石墨烯（MGO）和UiO-66的均匀双识别策略电化学适配体传感器，实现了1?pg/mL的AFB1精确检测。然而，实现AFB1污染的早期预警和有效控制仍然具有挑战性。AFB1的微量水平以及其在复杂基质中的非特异性吸附使得在复杂食品样品中灵敏和特异性地检测AFB1变得困难。
开发高性能基于纸张的电化学传感器的关键在于构建一个明确的功能界面，以有效增强其分析能力（Lu等人，2025；Selvam等人，2025；Suo等人，2025）。MXene作为一种合成2D材料，因其高电导率、大表面积、易于调节的结构和丰富的官能团而被认为是优秀的电化学传感材料，同时能够形成具有优异机械性能的稳定薄膜（Parihar等人，2022；Wang等人，2022）。然而，由于范德华力的作用，MXene层之间存在强烈的聚集倾向，这在一定程度上限制了它们的电化学应用（Chen等人，2025）。已有研究表明，加入金属纳米颗粒可以减轻MXene片层的重新堆叠（Wu等人，2022）。此外，MXene与金属纳米颗粒之间的界面相互作用有助于电子传导（Kan等人，2025）。受这些可能性的启发，我们采用原位还原方法合成了0D/2D Au@Ti3C2 MXene异质结构，在二维（2D）Ti3C2 MXene超薄纳米片上组装了零维度（0D）Au纳米颗粒。分散良好的超小Au纳米颗粒有效防止了MXene超薄片层的聚集，为电子传输提供了快速途径（Xu等人，2021）。更有趣的是，Au@Ti3C2 MXene提供了较大的电活性面积，有利于反应物的接近，从而显著改善了电化学信号（Zhang等人，2025）。因此，Au@Ti3C2 MXene成为构建基于纸张的电化学传感基底的理想选择。
同时，实现高特异性仍然是基于纸张的电化学传感器开发中的一个基本挑战。目前，CRISPR/Cas12a系统的无差别转切割活性已被用于将目标识别与激活和信号放大相结合，这大大提高了直接检测小分子毒素的灵敏度和灵活性（Wu等人，2022；Zhang等人，2025）。CRISPR-Cas传感器依赖于目标DNA（激活剂）来触发Cas蛋白的辅助切割活性，但非核酸目标的检测需要一个中间信号转导机制（Zhu等人，2023）。为了解决这一挑战，将功能性DNA（如适配体）与CRISPR-Cas12a系统结合，将目标结合事件转化为Cas酶活性的激活（Wang等人，2023；Xiong等人，2020）。例如，Shi等人（Shi等人，2024）开发了一种基于CRISPR/Cas12a的电化学发光传感器用于检测微囊藻毒素-LR。然而，仅单个适配体与激活剂链的杂交可能会覆盖适配体的目标结合位点（Wu等人，2023）。因此，在本工作中，我们使用了两个适配体来锁定激活剂链，因为它们可以避免覆盖适配体的目标结合位点，并形成热力学稳定的“锁定”激活剂结构，从而减少了背景信号并确保了激活剂对目标的响应。此外，当与激活剂杂交时，它避免了覆盖AFB1适配体内的AFB1结合位点，提高了结合位的可接近性。因此，将CRISPR-Cas12a的双适配体调节激活与电化学传感平台相结合可能是预警AFB1污染的合理尝试。
在这里，我们提出了一种便携式CRISPR/Cas12a基于纸张的电化学适配体传感器，用于超灵敏的现场AFB1分析，使用0D/2D Au@Ti3C2 MXene异质结构作为传感基底。装饰有超小Au纳米颗粒的Ti3C2 MXene纳米片增强了自制的基于纸张的碳电极的性能，同时确保了低成本制造。当向稳定的“锁定”激活系统添加AFB1及其互补的DNA（激活剂）时，适配体对AFB1的特异性识别导致激活剂的释放，激活CRISPR/Cas12a的转切割活性，从而激活电化学信号。使用智能手机进行数据采集，CRISPR/Cas12a基于纸张的电化学适配体传感器展示了优异的检测性能，检测限为0.16?pg/mL。该适配体表现出良好的稳定性、重复性和抗干扰性能，支持在真实样品中进行灵敏可靠的AFB1分析，并最终获得了满意的回收率。重要的是要强调，这项工作提供了一种便携、经济且可在现场使用的方法，也可用于其他毒素的检测。
材料与设备
Ti3AlC2 MAX（99.0%）购自XFNANO（中国江苏）。HAuCl4·3H2O（48%，重量/重量）和谷胱甘肽（GSH）均购自Aladdin Chemical Co. Ltd.（中国上海）。AFB1、玉米赤霉烯酮（ZEN）、黄曲霉素G1（AFG1）、赭曲霉毒素A（OTA）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）由J&K Chemicals（中国上海）提供。Cas12a购自Tolobio（中国上海）。所有DNA寡核苷酸均由Sangon Biotechnology Co., Ltd.（中国上海）定制合成，序列为
CRISPR/Cas12a基于纸张的电化学适配体传感器检测AFB1的原理
CRISPR传感平台的原理如图1所示。DNA探针在WE表面上进行了修饰，成为电化学信号报告器，使MB靠近电极，产生明显的电化学特征信号。同时，当形成“锁定”激活剂时，Apt-1和Apt-2序列与激活剂杂交，使Cas12a-crRNA复合物保持非活性。在AFB1存在的情况下，Apt-1和Apt-2特异性结合到
结论
总之，我们开发了一种基于Au@Ti3C2 MXene异质结构的CRISPR/Cas12a驱动的基于纸张的电化学适配体传感器，用于超灵敏的AFB1检测。0D/2D混合材料解决了Ti3C2 MXene的重新堆叠问题，同时提高了电活性表面积和电子传输效率。CRISPR-Cas12a系统的双适配体调节激活不仅实现了激活剂的有效锁定，还避免了覆盖AFB1结合位点，并改善了
CRediT作者贡献声明
王秀文：撰写——原始草稿、验证、方法学、数据管理。张晓波：撰写——审阅与编辑、资金获取、概念化。郭一凡：软件、方法学。郑秋月：形式分析、数据管理。胡冰：验证、方法学。刘荣刚：可视化、验证、概念化。曹继娟：监督、项目管理、资金获取。
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可能会影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32402226）、大连杰出青年科学家科学技术项目（2024RY026）、国家重点研发计划（2024YFF1105803）和中央高校基本科研业务费（044420250051）的支持。
