载有双金属纳米酶的DNA水凝胶用于莱克多巴胺的超灵敏光学检测

  背景：莱克多巴胺(RAC)是一种合成β-肾上腺素能受体激动剂，最初开发用于治疗人类和动物的肺部疾病[1]。莱克多巴胺作为饲料添加剂，可减少脂肪沉积，增加肌肉转化，常用于猪、牛等。过度使用这些药物会导致严重的健康问题，如急性中毒、紧张、心脏病和癌症。近年来，与RAC相关的食品安全问题已成为许多地区和国家关注的焦点。RAC是一种非法使用的饲料添加剂，副作用严重，在肉制品中存在微量且检测困难，因此RAC的超灵敏检测对保护人类健康具有重要意义。

  由于材料科学和纳米技术的飞速发展，催化领域出现了许多创新方法，以纳米酶为基础的催化是其中的一部分。纳米酶是具有天然酶性质的纳米复合材料，与天然酶相比具有稳定性高、成本低、易于储存等优点。在各种纳米复合材料中，贵金属催化剂因其能提供和接受电子用于催化氧化还原反应而受到青睐。目前，Pt和Pt基催化剂作为高效催化剂被广泛应用。然而，由于其成本高，容易被催化过程中产生的CO失活，其应用受到了限制。Pd和Pd基催化剂由于其低成本和高催化性能，作为Pt和Pt基催化剂的替代品而受到越来越多的关注。

  水凝胶是含有大量水的三维交联亲水聚合物网络。DNA超分子水凝胶是DNA链之间通过互补碱基对或物理纠缠而制备的聚合物网络水凝胶。DNA水凝胶具有独特的识别特异性、灵活性和可调性，在药物递送、生物分析检测、组织工程和癌症治疗等方面具有广阔的应用前景。

  方法：制备Au@Pd-封装DNA水凝胶作为目标响应和信号放大材料，为RAC检测搭建了新的超灵敏光学平台。RAC的加入通过竞争适体结合，降低交联密度，从而导致水凝胶坍塌，释放出预先封装的Au@Pd，作为信号放大器和信息输出单元。

  Scheme 1. Schematic illustration of the colorimetric biosensor based on the Au@Pd-coated DNA hydrogel for the detection of RAC.

  Fig. 2. Characterization of Au@Pd and DNA hydrogels. (A)Schematic diagram of Au@Pd. (B) TEM images of Au@Pd, (C-F) HAADF-STEM mapping elemental mapping images of Au@Pd, and (G-H) SEM images of freeze-dried DNA hydrogels.

  Fig. 4. (A) Photographs of DNA hydrogel supernatant with H2O2-TMB to different concentrations of RAC. (B) Linear correlation between absorbance signal intensities and RAC concentrations. (C)Selectivity of the Au@Pd-coated DNA hydrogel biosensor. The error bars represent the SDs of three independent measurements.

  结果：该生物传感系统结合了简单、高效、便携的比色系统、高生产力的水凝胶DNA提取物以及高特异性的适配体和双金属纳米颗粒催化的优点。基于这些优势，比色生物传感器的检出限为7.39 ng L^-1，检测范围为0.01-1000µg L^-1，在RAC的实际快速现场检测中具有很大潜力。

参考来源：Bian Y, Zhou Z, Li G, et al. Bimetallic nanozymes laden DNA hydrogel for ultrasensitive optical detection of ractopamine[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2023: 133402.