氟喹诺酮类抗生素作为广谱抗菌剂,在畜牧业和人类临床医学中应用广泛。氧氟沙星(OFL)是氟喹诺酮类抗生素中使用频率较高的一种,但其难以被代谢降解,会在动物性食品和环境水源中大量残留,威胁公众健康与安全。欧盟和中国都制定了食品中 OFL 的最大残留限量(MRLs),因此对食品和环境水源中 OFL 的监测至关重要。
传统的 OFL 检测方法依赖昂贵仪器和专业人员,无法满足快速灵敏分析的需求。基于免疫反应的检测方法虽有优势,但仍需大型仪器和昂贵生物分子组件。个人血糖仪(PGMs)因便携、操作简单、结果可靠,在资源有限的情况下有望用于现场检测,不过其用于抗生素检测的报道较少。金属有机框架(MOFs)具有大比表面积、可调节性质和良好生物相容性,在抗生素检测领域有研究基础,其中 UiO-66 型 MOFs 稳定性好,Ce-MOFs 合成条件更宽松、制备时间更短、吸附性能更强。
本研究设计了一种负载葡萄糖氧化酶(GOx)和核酸序列的 Ce-MOF 基复合材料(Ce-MOF-GOx-cDNA)作为传感元件,构建了结合 PGMs 的竞争性适配体传感器,用于 OFL 的现场快速检测。该研究利用 Ce-MOF 这种多孔金属有机框架纳米材料作为 GOx 的载体,还在适配体传感器设计中加入了磁性分离系统。在这个系统里,目标分子 OFL 和 Ce-MOF-GOx-cDNA 会竞争结合适配体功能化的磁珠(MB),部分 Ce-MOF-GOx-cDNA 通过互补碱基配对固定在 MB 表面。磁分离后,将反应完成的磁珠重悬在葡萄糖溶液中,使底物发生催化反应,再用 PGMs 进行定量检测。这种方法验证了基于 PGMs 定量检测 OFL 的可行性和可靠性,也凸显了 PGMs 在非葡萄糖目标现场快速检测方面的巨大潜力。
实验用到的化学试剂包括硝酸铈铵 [(NH4)2Ce(NO3)6]、1,4 - 苯二甲酸(BDC)等。用于 OFL 检测的 PGM 适配体传感器的工作原理是设计了两条寡核苷酸序列,Apt 序列能特异性结合 OFL 且 3' 端有氨基修饰,cDNA 序列与 Apt 序列互补且 3' 端也有氨基修饰。Apt 与羧基修饰的 MBs 偶联形成 MB-Apt。
总之,成功构建了基于 Ce-MOF-GOx-cDNA 的适配体传感器并与 PGM 设备集成,实现了对 OFL 的快速灵敏检测。合成的 Ce 基金属有机框架(Ce-MOF)为适配体传感器的构建提供了优良的微环境,对 Ce-MOF 的全面表征证实了其成功制备及与适配体传感器的兼容性。