卡那霉素（Kana）是一种氨基糖苷类抗生素，通过干扰蛋白质合成来治疗由革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌引起的感染[1]。然而，其在人类医学和兽医实践中的广泛且常常过度使用导致了持续残留物的积累和环境污染。卡那霉素残留物令人担忧，因为它们可以进入食物链和水生系统，长期暴露与耳毒性和肾毒性有关[2]，同时还会促进抗生素耐药性的产生和传播[3]。因此，开发快速可靠的检测方法以确定水中的卡那霉素含量仍然是水质管理的重点。
目前用于检测水中卡那霉素残留物的方法主要包括高效液相色谱（HPLC）、气相色谱–质谱（GC–MS）、液相色谱–质谱（LC–MS）和毛细管电泳（CE）[4]。这些技术具有较低的检测限和广泛的适用性，但通常需要昂贵的仪器、耗时的预处理步骤以及受过培训的操作人员，这限制了它们在高频筛查和现场应用中的实用性[5]。这一需求激发了人们对简单、快速、灵敏的生物传感方法的兴趣，尤其是在环境、食品和生物样品中的抗生素监测方面[6]。
基于适配体的传感器（aptasensors）是一种有前景的卡那霉素检测替代方案，它们利用通过SELEX技术筛选出的单链DNA或RNA寡核苷酸，具有高亲和力、高选择性、低成本合成、易于修饰和良好的稳定性[7]。已经报道了多种卡那霉素适配体传感器，包括电化学[8]、[9]、荧光[10]、比色[11]、光电化学[12]和电化学发光[13]平台，其中一些最近被改进为便携式现场使用[14]。其中，电化学适配体传感器因其定量读数能力、快速响应和微型化潜力而特别吸引人。为了提高其灵敏度，人们采用了与纳米材料（例如MOF修饰的MXene（Ti3C2）纳米复合材料[15]）耦合等策略。然而，由于非特异性吸附、基质干扰以及传统全长适配体在复杂介质中容易发生错误折叠，导致背景信号升高和假阳性结果，因此在实际水样中的可靠检测仍然具有挑战性[16]。
为了解决这些问题，人们开发了分裂适配体（SPA）策略，即将一个母适配体分成两个片段，在没有目标物质的情况下它们保持分离状态，但在目标物质结合时会组装成特定的三元复合物。这种方法减少了非特异性折叠带来的背景干扰并提高了选择性[17]、[18]。尽管已有基于SPA的卡那霉素检测方法在比色[13]、荧光[18]和电化学发光[19]格式中实现，但将其转化为一种在复杂水环境中仍能保持高性能的可靠无标记电化学平台仍面临界面设计和信号报告分子整合方面的挑战[19]。
除了识别化学外，传感界面对于最大化探针负载和促进电子转移也至关重要。金纳米结构是适配体传感器设计中最常研究的电极材料之一[20]，因为它们能与巯基化的DNA探针形成稳定的Au–S键，从而实现识别元件在电极表面的直接自组装[21]、[22]。特别是花状金纳米结构（AuNFs）由于其三维花瓣状形态，提供了较大的电活性表面积，从而在不需要多组分复合制备的情况下增加了单位几何面积内的探针固定密度[23]、[24]。
信号报告分子的选择同样重要。传统的电化学适配体传感器通常依赖于用氧化还原标签对一个或两个适配体链进行共价标记，这增加了合成成本并可能干扰适配体的折叠。无标记的替代方法使用小分子插层剂，这些插层剂优先在目标诱导组装形成的核酸支架中积累，并产生与组装的双链含量成比例的电化学信号。在这种情况下，铁氰化物–萘酰亚胺（FND）是一种双功能氧化还原指示剂，其萘酰亚胺部分通过π–π堆叠与DNA结合，而附着的铁氰化物单元提供了明确的单电子氧化还原对，从而实现了无需适配体标记的直接电化学读数[25]、[26]。
在这项研究中，我们报道了一种用于水中卡那霉素超灵敏检测的无标记电化学夹心适配体传感器。我们的设计策略性地整合了三个关键要素：（i）分裂适配体（SPA1/SPA2）识别对，用于目标诱导的三元复合物组装，从而天然减少了背景信号；（ii）三维AuNFs作为高表面积界面，以实现密集的探针固定和高效的电子转移；（iii）氧化还原插层剂FND作为无标记信号报告分子，其积累严格依赖于SPA1–Kana–SPA2支架的形成。这种协同整合将分裂适配体识别的选择性与纳米结构界面的信号放大能力以及FND报告分子的功能结合起来，实现了灵敏且无标记的读数。以下部分详细介绍了该适配体传感平台的制备、优化和分析评估。
