一种基于CsPbBr?@PDA@AuNPs的DNA-四面体门控HCR策略，用于通过比率荧光化学发光（Ratiometric ECL）/表面增强共振散射（SERS）技术测定黄曲霉素B1的含量

《Sensors and Actuators B: Chemical》：A DNA-Tetrahedron-Gated HCR Strategy on CsPbBr?@PDA@AuNPs for Ratiometric ECL/SERS Determination of Aflatoxin B1

　　

郝振仁|杨莉|徐尔曦|班定鹏|黄龙健|龚元勋|唐前丽|廖显久|张凯|周吉济|魏继华

中国广西壮族自治区民族医药大学附属医院骨与关节退行性疾病临床前与转化研究重点实验室，533000白塞

摘要

本文开发了一种开关型双模式（ECL/SERS）比率型适配体传感器，通过将CsPbBr?@polydopamine@AuNPs纳米换能器与DNA四面体（TDN）限定的适配体门和基于发夹的等温扩增技术相结合，实现了对黄曲霉毒素B1（AFB1）的超灵敏检测。AuNP修饰的PDA外壳能够在玻璃碳电极上实现TDN的稳定锚定，形成有序的核酸-酸界面。在目标物质存在的情况下，AFB1的结合会锁定适配体并抑制杂交链反应（HCR）的启动，导致ECL信号增强而SERS信号减弱。在目标物质缺失的情况下，暴露的引发域会触发Fc标记的发夹H1/H2之间的表面限定的HCR反应，使Fc在Au热点区域富集，从而增强SERS信号，同时通过界面阻塞/邻近抑制作用降低ECL信号，产生反相关的信号和抗漂移的比率输出（I_ECL/I_SERS）。该适配体传感器能够在0.001–10 ng/mL的浓度范围内进行定量分析，并基于比率通道实现了亚皮克级别的超低理论检测限。该传感器对常见的共存霉菌毒素具有优异的选择性，在连续扫描、电极间、日内和长期稳定性评估中表现出良好的操作可靠性。通过玉米提取物中的标准加标分析进一步验证了其实际应用可行性，结果显示其回收准确且与商业ELISA方法结果一致。

引言

黄曲霉毒素B1（AFB1）是由Aspergillus属菌产生的一种高毒性次级代谢产物，被广泛认为是食品和饲料链中最危险的霉菌毒素之一。[1],[2] 由于AFB1污染可能发生在作物生长、收获、储存和加工过程中，因此它对公共卫生和谷物产品的安全控制仍然是一个持续的威胁。[3] 因此，可靠的监测方法不仅需要具备足够的灵敏度以进行痕量检测，还需要在含有色素、蛋白质、脂质和共存霉菌毒素的复杂基质中保持稳定性。[4]

传统的AFB1检测方法，如色谱法和免疫分析法，为定量提供了 established 的途径，但这些方法都存在实际上的 trade-offs。基于仪器的检测方法通常具有很高的准确性，但需要昂贵的设备、专业操作和耗时的预处理，这限制了快速或分布式检测的可行性。相比之下，试剂盒检测方法便于现场筛查，但可能会受到基质效应、批次间差异和动态范围限制的影响。这些限制继续推动着开发结合高灵敏度、简化工作流程和强抗干扰能力的便携式生物传感策略的发展。[6],[7]

电化学发光（ECL）和表面增强拉曼散射（SERS）是两种极具吸引力的生物传感信号转换模式。[8] ECL因其低背景、可控的电化学触发和强灵敏度而受到重视，[9],[10],[11],[12] 而SERS在报告分子有效耦合到等离子体“热点”时能够提供清晰的分子指纹和出色的光学检测能力。[13],[14],[15] 然而，单模式读数常常会受到不可避免的变异影响——ECL可能随着电极微结构和局部电子转移条件的变化而漂移，而SERS则可能因热点密度、激光对准和局部吸附异质性的不同而变化。双模式策略，特别是与比率测量相结合时，通过将两个反相关信号整合为一个稳定的定量输出，提供了一种有效的自我校准方法。

除了读数模式外，界面结构和放大化学也是实现稳定和选择性性能的关键。DNA四面体（TDN）提供了一个高度有序的支架，可以控制探针的方向，减少非特异性吸附，并实现可重复的表面密度。[16],[17] 同时，杂交链反应（HCR）提供了一种无需酶的等温扩增途径，将目标识别转换为大规模的核酸增长，从而获得高信号增益。[18],[19],[20],[21],[22] 通过将报告分子嵌入HCR发夹中，可以通过分子识别事件精确控制报告分子的数量和空间分布，从而调节ECL信号的距离依赖性和SERS信号的热点依赖性增强。

本文报道了一种开关型、HCR放大的双模式比率型适配体传感器，该传感器通过将CsPbBr?@PDA@Au混合换能器与TDN限定的AFB1适配体门和Fc标记的HCR发夹相结合来实现AFB1的检测。CsPbBr?提供了一种高效的ECL活性成分（以S?O?2?作为共反应物），多巴胺（PDA）提供了粘附性和功能性的中间层，而金（Au）装饰则提供了丰富的等离子体热点以及硫醇化DNA纳米结构的稳定锚定点。在AFB1存在的情况下，适配体的结合会锁定界面门并抑制HCR的启动，从而减少Au热点和电极表面附近的Fc富集；结果是ECL信号增强而SERS信号减弱，产生反相关的双模式响应。通过使用比率输出I_ECL/I_SERS，传感器提高了对电极间变化和光学/电化学漂移的耐受性。该策略通过针对常见霉菌毒素干扰物的选择性测试、重复性/稳定性评估以及玉米样品中的标准加标分析得到了进一步验证，展现了其在实际食品安全监测中的潜力。

片段

试剂、寡核苷酸和缓冲液

黄曲霉毒素B1（AFB1）标准溶液和其他用于选择性评估的霉菌毒素（AFB2、AFG1、AFG2、OTA、ZEN、DON、FB1、T-2和PAT）从商业供应商处购买，并在?20 °C下储存。盐酸多巴胺、氯金酸（HAuCl?·3H?O）、柠檬酸钠、MgCl?、Tris碱、NaCl、KCl及其他常规试剂均使用分析级。整个实验过程中使用超纯水（18.2 MΩ·cm）。用于组装DNA四面体（TDN）的DNA链及任何辅助序列均

所提出的生物传感器的原理

如图1所示，我们构建了一种开关型双模式（ECL/SERS）比率型生物传感器，其中DNA四面体限定的核酸-酸门控制着CsPbBr?@PDA@AuNPs修饰电极上的杂交链反应（HCR）的启动。在此设计中，AFB1的识别转化为两个反相关的光学输出，即在目标物质存在时ECL增强和SERS减弱，从而通过比率IECLISERS' role="presentation">$I_{\mathit{ECL}}<mrow\; is="true"><mi\; is="true">I</mi></mrow><mrow\; is="true"><mi\; mathvariant="italic"\; is="true">SERS</mi></mrow>$

图1A

结论

总结而言，我们通过将CsPbBr?@PDA@AuNPs纳米换能器与DNA四面体限定的适配体门和Fc标记的HCR扩增技术相结合，开发了一种开关型双模式比率型适配体传感器用于AFB1的检测。在该界面中，AFB1的结合会锁定适配体的构象并抑制表面HCR的启动。结果，界面附近的Fc富集减少，导致ECL信号增强而SERS信号减弱，从而实现定量检测

CRediT作者贡献声明

黄龙健： 负责监督、软件开发、资源管理、项目协调、资金获取和数据分析。龚元勋： 负责验证、监督、项目协调、数据收集和数据分析。徐尔曦： 负责数据可视化、软件开发、方法研究、资金获取和概念设计。班定鹏： 负责数据可视化、验证、监督、资源管理和项目协调。郝振仁： 负责撰写、审稿和编辑

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢国家自然科学基金（82260532）、广西自然科学基金（2025GXNSFHA069115）、生命科学分析化学国家重点实验室（SKLACLS2314）、广西骨与关节退行性疾病基础与转化研究重点实验室（21-220-06-202205）、百色生物医学分析化学与临床分子诊断重点实验室（2022-38-05）等的财政支持