基于辣根过氧化物酶调控金纳米双锥生长的多色比适体传感器用于现场检测芬太尼及其类似物总浓度

本研究针对芬太尼(FTN)及其类似物乙酰芬太尼(AFTN)的现场快速检测难题，开发了一种基于磁珠分离竞争性结合与辣根过氧化物酶(HRP)催化氢醌(HQ)调控金纳米双锥(AuNBP)生长的多色比适体传感器。该传感器通过高亲和力适体F27实现特异性识别，利用HRP-HQ-AuNBP生长体系产生八色阶变化，视觉检测限达10 nM，在加标唾液和尿液样本中回收率为95.9%–102.9%，为公共卫生监测提供了灵敏、特异的现场检测新方法。

在当今全球药物滥用问题日益严峻的背景下，合成阿片类物质芬太尼(Fentanyl, FTN)及其类似物的非法使用已成为严重的公共卫生威胁。芬太尼的镇痛效力是吗啡的75-100倍，而其类似物乙酰芬太尼(Acetylfentanyl, AFTN)虽然效力相对较低，但仍具有高度滥用潜力。更令人担忧的是，这些物质经常被掺入其他毒品中，显著增加了意外过量使用和死亡的风险。因此，开发能够快速、灵敏检测芬太尼及其类似物的方法对于公共卫生监测和禁毒工作至关重要。

目前，液相色谱-质谱联用(LC-MS)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)虽然是检测芬太尼类似物的金标准方法，但仪器昂贵、操作复杂，难以满足现场快速检测的需求。免疫分析技术虽适用于现场检测，但存在非特异性结合、抗体批次间差异大以及储存要求严格等问题。与之相比，适体(Aptamer)作为合成核酸识别元件，具有易于化学合成、批次差异小、稳定性高、修饰灵活、结合亲和力强和特异性高等优势。近年来，Xiao实验室通过体外指数富集配体系统进化技术(SELEX)筛选出了多个特异性结合芬太尼类似物的适体序列，其中F27适体对芬太尼表现出卓越的结合亲和力(K_d = 30 ± 4 nM)。然而，这些适体的开发和应用仍处于初步阶段，现有适体传感器存在灵敏度不足或依赖仪器检测等问题。

针对这些技术瓶颈，福建警察学院的研究团队在《Microchemical Journal》上发表了一项创新性研究，开发了一种基于辣根过氧化物酶(Horseradish Peroxidase, HRP)调控金纳米双锥(Gold Nanobipyramid, AuNBP)生长的多色比适体传感器，实现了对芬太尼和乙酰芬太尼总浓度的现场可视化检测。

本研究主要采用了磁珠分离竞争性结合适体识别技术和HRP催化氢醌(HQ)调控AuNBP生长的信号放大技术。研究人员首先构建了基于F27适体的磁珠分离竞争性结合体系，该适体被证实可特异性结合FTN和AFTN，形成平行G-四链体结构。同时，团队创新性地发现氢醌(HQ)能够调控AuNBP生长，且该生长方法的pH条件与HRP酶促反应兼容，从而建立了HRP催化HQ调控AuNBP生长的新体系。通过整合这两个系统，实现了对目标物的高灵敏检测。实验使用了加标的人唾液和尿液样本进行方法验证。

原理

该多色比适体传感器的工作原理包括竞争性结合适体过程和HRP催化HQ调控AuNBP生长过程。在竞争性结合过程中，生物素标记的C1-F27复合物与样品中的FTN/AFTN竞争结合，导致F27适体从复合物中解离。链霉亲和素包被的磁珠(SA-MBs)随后加入，通过生物素-链霉亲和素相互作用捕获未结合的生物素-C1和过量生物素-C1-F27，而游离的F27适体则保留在上清液中。在AuNBP生长过程中，游离的F27适体作为HRP的DNA酶，催化过氧化氢(H₂2)介导的HQ氧化，生成苯醌(BQ)。BQ作为还原剂调控AuNBP种子的生长，引起局部表面等离子体共振(LSPR)波长红移，产生从浅粉色到深紫色的八色阶变化，实现对FTN/AFTN的定量检测。

结论

本研究成功开发了一种用于FTN和AFTN检测的多色比适体传感器，基于磁珠分离辅助竞争性结合和HRP催化HQ调控AuNBP生长。竞争性结合在溶液中高效进行，可能是因为磁珠空间位阻阻碍了F27形成G-四链体结构。在HRP催化HQ调控AuNBP生长研究中，证实HQ可调控AuNBP生长，且该生长方式与HRP酶促反应pH兼容。所开发的适体传感器对FTN和AFTN表现出相似的信号响应和八色变化，视觉检测限为10 nM，仪器检测限分别为FTN 6.4 nM和AFTN 6.9 nM。该传感器表现出优异的灵敏度、特异性和抗干扰能力，成功应用于加标唾液和尿液样本分析，回收率为95.9%-102.9%，相对标准偏差(RSD)小于5%，为人体唾液和尿液样本中FTN和AFTN总浓度的可视化现场检测提供了一种有前景的方法。

该研究的创新点在于首次建立了pH兼容的HRP催化HQ调控AuNBP生长体系，解决了以往碱性磷酸酶(ALP)催化体系中的pH不匹配问题，避免了强酸添加带来的操作复杂性和测量误差。同时，传感器通过多色阶变化实现了高分辨率的可视化检测，为芬太尼类物质的现场快速筛查提供了技术支撑，在禁毒工作和公共卫生监测领域具有重要的应用价值。