一种高特异性适配体-抗体识别的三明治型分子用于真菌毒素的检测

玉米赤霉烯酮（ZEN）作为一种重要的真菌毒素，对人类和动物的生殖系统和免疫系统构成重大威胁，因此，准确、灵敏的检测ZEN具有重要意义。其中ELISA方法由于其操作简单、时间短、成本低等优点得到了广泛的应用。但由于抗体的低效价导致的假阴性和样品复杂环境导致的假阳性降低了ELISA的可信度。同时，ELISA的酶促显色反应限制了方法的灵敏度。

为解决以上问题，西南大学袁若教授课题组以适配体-抗体夹心为生物识别元件，以多孔ZnO纳米片支撑的Cu纳米簇（Cu NCs/ Zn NSs）为信号转导元件，构建了用于痕量检测真菌毒素玉米赤霉烯酮的灵敏电化学发光生物传感器。谷胱甘肽模板化的Cu NSs通过静电相互作用被限制在多孔ZnO纳米片上生成聚集诱导电化学发光（ECL）增强的Cu NCs/ Zn NSs纳米复合材料。如图1C所示，将Cu NCs/ Zn NSs沉积在玻碳电极表面，并为四面体DNA纳米结构（TDN）修饰的二茂铁（Fc），即Fc-TDN通过Cu-S键进行固定提供了活性位点，Fc进而淬灭Cu NCs/Zn NSs的ECL响应，呈现“信号关闭”状态。随后，ZEN被适配体-抗体三明治模型识别，其中抗体锚定在TDN的顶点上（通过TDN的氨基和抗体的羧基结合），适配体作为结合诱导的DNA walker，通过分子内和分子间氢键的竞争反应释放DNA S0标记的Fc（Fc-S0）。TDN边缘的暴露序列作为支点进一步与发夹H1杂交释放摆臂。因此，链位移反应将驱动摆臂沿轴自主运动，直到所有的S0-Fc被消除，以达到“信号开启”状态。基于“电化学发光信号关-开”实现了对SEN的超灵敏检测。如图1D，相比于ELISA和双抗体模型生物传感器（对照组），该研究提出的适配体-抗体模型生物传感器具有阳性预测值和阴性预测值高、假阳性和假阴性率低，最小检出限低的绝对优势。

图1 解离常数和吉布斯自由能以及ECL生物传感器的构建。（A）适配体-玉米赤霉烯酮-抗体免疫复合物和（B）二抗-玉米赤霉烯酮-抗体免疫复合物在100个对接运行的聚类分析。（C）基于适配体-抗体夹心的ECL生物传感器的构建示意图（低空白、高ECL响应）。

总之，本研究首次使用双识别适配体-抗体夹心策略，将抗体固定在四面体DNA纳米结构的顶点上，并将适配体作为结合诱导的DNA walker用于ZEN的超灵敏ECL检测。建立的ECL平台成功实现了玉米赤霉烯酮的痕量检测，检出限低至0.31 fg/mL，远超过ELISA（当前快速检测方法）和高效液相色谱检测方法（国标检测方法GB/T 5009.209-2016）。该方法在食品分析、环境监测、临床诊断等方面具有很大的应用潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01268