大肠杆菌O111:B4是一种代表性的致腹泻血清型，广泛用于评估水环境中的微生物污染及相关健康风险[1],[2]。因此，准确识别这一血清型对于环境监测和微生物风险评估至关重要[3]。然而，不同大肠杆菌血清型之间的高度结构相似性给血清型水平的可靠区分带来了挑战。
传统的微生物培养方法繁琐耗时，且无法区分不同血清型[4]。鲎变形细胞裂解物（LAL）检测方法能够提供高精度的内毒素检测，但对细菌血清型的敏感性较低[5],[6]。免疫测定方法（如ELISA）可以实现选择性识别，但其稳定性有限、生产成本高且开发周期长，阻碍了其在常规环境分析中的快速应用[7]。因此，迫切需要具有高特异性和快速响应的分析策略。
脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌外膜的主要结构成分，由于其结构稳定性和依赖于血清型的O-抗原组成，成为一种有吸引力的分析目标[8],[9]。特别是大肠杆菌O111:B4的LPS具有独特的O111抗原结构，可作为该血清型的高度特异性分子指纹[10]。与全细胞检测方法不同，基于LPS的分析不依赖于细菌的存活状态。LPS在细胞死亡或裂解后仍保持化学稳定性，从而能够更全面地监测污染事件[11]。这些特性使得LPS成为复杂环境基质中检测大肠杆菌血清型的理想生物标志物。已经探索了几种LPS检测方法。例如，基于循环伏安法（CV）的传感器表现出较低的LPS检测限[12]，基于电化学发光（ECL）的传感器也具有高灵敏度[13]。此外，还开发了使用成本较低的PDA激活传感器，使其在某些应用中更具经济性[14]。此外，已经成功筛选出针对大肠杆菌O111:B4 LPS的特异性适配体[15]，为基于适配体的检测奠定了基础。
基于适配体的生物传感器提供了一种多功能的选择性分子识别方法，具有高亲和力、化学稳定性和良好的批次间重复性，优于基于抗体的检测方法[16],[17]。适配体是通过指数富集（SELEX）系统进化产生的短单链核酸，常被称为“化学抗体”[18],[19]。它们易于合成且结构可编程，特别适合与基于核酸的信号放大策略和功能性纳米材料结合使用[20],[21],[22],[23]。在荧光纳米材料中，基于DNA的银纳米簇（DNA-AgNCs）因其超小尺寸、低毒性和序列依赖性的光学特性而受到广泛关注[24],[25],[26]。DNA-AgNCs使用DNA支架作为模板原位合成，其发射波长和强度对局部DNA序列和二级结构非常敏感。重要的是，目标触发的DNA构象变化可以调节鸟嘌呤碱基与银离子之间的接近程度，通常导致荧光增强，这与鸟嘌呤–Ag+配位有关。这种结构响应行为使得DNA-AgNCs成为基于核酸的传感架构中理想的无标记信号报告器[27],[28],[29]。
在本研究中，我们提出了一种无标记的荧光适配体传感器策略，该策略结合了O111:B4 LPS特异性的DNA适配体、催化发夹组装（CHA）介导的信号放大技术和DNA-AgNCs进行荧光报告。目标结合后释放出互补链，启动CHA反应，将单个分子识别事件转化为多个产生荧光的循环[30],[31]。由此产生的DNA结构重排通过鸟嘌呤–Ag+配位增强AgNC的荧光，实现无需酶促放大或荧光团标记的灵敏信号转导[32],[33]。值得注意的是，仅通过改变DNA支架中的AgNC成核序列，就可以将光输出编程为两个发射通道，而不改变识别或放大模块。这种设计实现了双通道并行定量，作为内部一致性验证，同时保持了模块化架构，将目标识别与光输出分离，并为多通道或多重分析提供了途径。我们系统评估了该策略的分析性能和实际应用性，证明了其在复杂环境基质中检测特定血清型LPS的潜力。
