黄曲霉素B1(AFB1)是由曲霉菌产生的重要霉菌毒素,因其极强的肝毒性和致突变性被归类为1类致癌物。在储存不当的情况下,玉米、小麦和花生等农产品中容易受到其污染。摄入这些受污染的产品会对食品安全系统和公共健康造成重大风险。因此,由于AFB1的浓度极低(世界卫生组织设定的限量为5 μg/kg),对其在农产品中的灵敏和准确检测具有挑战性。
已经开发了多种AFB1检测方法,包括高效液相色谱(HPLC)、酶联免疫吸附测定(ELISA)[2]、质谱[3]和生物传感技术[4][5]。其中,生物传感技术因其能够整合特定的生物识别元件和先进的信号放大策略而被认为是高效有效的AFB1检测方法。基于核酸扩增的生物传感器特别值得关注,因为它们具有可编程的DNA自组装和无需酶的信号增强机制[6][7]。例如,杂交链反应(HCR)和滚环扩增(RCA)电路可以通过链置换自主生成长重复的DNA链,从而提高信号探针的浓度[8][9]。熵驱动的DNA电路通过连续释放DNA链实现级联循环扩增[10]。最近,胡等人结合RCA和CRISPR/Cas12a技术开发了一种一步法等温检测方法,用于AFB1的荧光和视觉(侧向流动条)检测,分别达到了0.016 ng/mL和0.408 ng/mL的检测限[11]。
将核酸扩增技术与功能性纳米材料结合可以为进一步提高生物传感性能提供新的途径[12][13]。例如,索等人创新性地使用RCA构建了富含腺嘌呤的DNA纳米花(DNFs)[14]。这些DNFs作为支架,在Mn–MOF纳米表面上原位合成了荧光金纳米簇(DNF@AuNCs),并通过鸟嘌呤富集的局部催化发夹组装(LCHA)实现了精确锚定。这种设计导致荧光淬灭现象,原因是电子的近距离转移。同时,纳米酶工程作为强大的生物传感催化纳米材料也得到了发展[15]。纳米酶模仿天然酶催化H2O2分解,产生关键中间体(活性氧物种ROS),显著增强了ECL、电化学、化学发光(CL)和比色系统中的信号输出[16][17]。重要的是,金属纳米酶表现出增强的界面电子转移动力学和出色的电催化活性[18][19]。最近的研究表明,多金属纳米酶由于不同元素之间的协同效应,比单组分纳米酶具有更好的光学和化学性能[19][20]。例如,基于Pt–Ni的纳米酶在将H2O2转化为超氧阴离子方面表现出更优异的催化性能,从而显著增强了ECL信号[17]。Au/Pt双金属纳米酶表现出类似过氧化物酶、氧化酶和过氧化氢酶的活性[21][22],而PtSn双金属纳米酶同时具有过氧化物酶和过氧化氢酶的活性[23]。此外,Pd@Ir核壳纳米酶对TMB的米氏常数(Kcat)值较高,表明其对TMB具有高亲和力和优异的催化速率[24]。
在这项工作中,我们通过将DNA步行器介导的RCA组装与三金属Au@Ag–Pt核壳纳米颗粒(Scheme 1)的优异催化活性结合,开发了一种创新的双扩增生物传感器用于AFB1的ECL检测。DNA步行器被设计用来启动目标响应的切割循环,精确调控随后的RCA过程。长重复的RCA产物可以有效捕获大量Au@Ag–Pt纳米颗粒。Au@Ag–Pt纳米颗粒作为高效的纳米酶,催化鲁米诺/H2O2反应,由于其优异的过氧化物酶样活性和高导电性,显著增强了ECL信号。然而,当目标被识别时,DNA步行器被释放并与P1杂交,暴露出Nb.BbvCI内切酶的识别位点。这启动了P1的催化切割,有效终止了RCA过程并防止了后续的纳米酶组装。由此导致的可催化位点减少产生了依赖于AFB1浓度的ECL淬灭效应,建立了一种可靠的“信号关闭”检测机制。