基于Fe3O4@COF-AuNPs和触发等温循环放大的细菌超灵敏电化学生物传感器检测

食源性细菌感染对人类健康构成严重威胁，可导致疾病甚至死亡。有效且快速的细菌检测方法是预防和控制疾病传播的关键。目前的常规检测方法耗时且设备复杂，因此亟需灵敏、高效的检测技术。电化学传感器因其操作简便和成本低廉受到关注，结合等温扩增技术可缩短检测时间。

本研究构建了一种基于磁性纳米复合材料Fe₃O₄@COF-AuNPs和触发等温循环扩增（TICA）的电化学生物传感器，用于检测食源性细菌。如图1所示，使用两个具有粘性末端的互补DNA自组装为电极上的DNA单层，作为电极的底物，以增加表面积。以结合DNA单层的发夹适配体探针（HAP）作为细菌识别单元，以大肠杆菌作为目标菌。大肠杆菌的存在使HAP的构型发生改变，从而触发等温循环扩增，使HAP远离DNA单层。加入催化性能增强的磁性纳米复合材料Fe₃O₄@COF-AuNPs后，通过DNA互补配对将其固定在电极的DNA单层上，对4-硝基苯酚（4-NP）的还原表现出较高的电催化性能，这使得大肠杆菌实现超灵敏检测。

图1 利用功能化Fe₃O₄@COF-AuNPs和TICA构建细菌电化学传感器的示意图。

研究结论

本研究提出了一种基于磁性纳米复合材料Fe₃O₄@COF-AuNPs和TICA的超灵敏电化学生物传感器，用于细菌的灵敏检测。Fe₃O₄@COF-AuNPs具有较大的比表面积，使AuNPs有序排列，增加了与底物4-硝基苯酚的接触，大大增强了氧化还原信号。通过对低浓度靶标的连续回收，极大地提高了细菌检测的灵敏度。该方法检测大肠杆菌的检测限低至10 CFU/mL，检测时间为1 h，检测背景信号低（仅为最低可检细菌浓度信号值的8.73%），具有较高的特异性、稳定性（30 天内信号值仅下降6.28%）和重复性。此外，它可以直接检测细菌，避免了繁琐的DNA提取。这一策略具有可靠性好、价格低廉、扩展性强等特点，为食品监测和超灵敏的食源性疾病早期检测开辟了新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136609