玉米中黄曲霉毒素B1的超灵敏检测：协同作用增强聚集诱导电化学发光信号

　　研究背景

　　黄曲霉毒素B1(AFB1)是由黄曲霉和寄生曲霉产生的次级代谢产物，是毒性最强的霉菌毒素之一。AFB1污染对人类和动物健康构成严重威胁，可能导致肝癌、免疫系统抑制和儿童生长迟缓。常规检测方法(如高效液相色谱HPLC和酶联免疫吸附测定ELISA)虽广泛应用，但无法满足对AFB1超灵敏检测的需求。新型检测技术(如荧光、表面增强拉曼散射SERS和电化学发光)逐渐被引入，其中电化学发光(ECL)因其高可控性、快速响应、高灵敏度和低背景信号而展现出巨大应用潜力。ECL传感器的灵敏度高度依赖于探针的发光效率和信号响应。传统的ECL探针因聚集诱导猝灭(ACQ)效应，限制了发光效率。聚集诱导电化学发光(AIECL)克服了ACQ限制，通过限制分子运动，显著提高了发光效率和稳定性。

　　研究思路

　　本研究通过将1.1.2.2-四(4-羧基苯基)乙烯(TCTPE)作为AIECL发光体，与中空的UiO-66-NH2配位，构建了新型AIECL功能化的UiO-66-NH2(TH-UiO-66-NH2)(图1A)。中空UiO-66-NH2的多孔结构和高比表面积有助于大量负载TCTPE，同时限制其分子运动，提高分子有序性，从而显著提升电子传输效率和AIECL性能。结合磁性分离技术和链置换循环扩增技术，开发了基于TH-UiO-66-NH2的AIECL传感器，用于实现对AFB1的超灵敏检测。具体而言(图1B)，通过生物素与链霉亲和素的亲合作用，将生物素标记的AFB₁的核酸适配体-S1及其互补序列S2组成的DNA双链(biotin-S1/S2)修饰在链霉亲和素包被的磁珠上。当加入AFB₁时，由于AFB₁与生物素-S1之间更强的结合力，S2被AFB₁替换。因此，AFB₁的浓度信号被转化为S2的浓度信号。如图1C，将TH-UiO-66-NH₂和带有两个铁氰化物(Fc)猝灭基团的DNA链S3/Fc-S4/Fc-S5修饰在玻碳电极(GCE)的表面(步骤a，图1C)。由于Fc的猝灭效应，观察到的ECL信号较弱。在加入从磁珠分离得到的S2后，带有Fc基团的Fc-S4和Fc-S5被替换并离开电极表面，触发链置换循环反应。最终，ECL信号得以恢复(步骤b，图1C)，并通过信号强度定量检测AFB₁(图1D)。

　　图1提出的AIECL传感器的制备过程。(A)TH-UiO-66-NH₂的制备;(B)靶标AFB₁的提取及磁珠辅助信号转换;(C)所开发AIECL传感器的构建及检测过程;(D)步骤a和步骤b之间信号差异的示意图。

　　研究内容及结果

　　（1）TH-UiO-66-NH2的制备与表征（图2）：通过水热刻蚀法制备了中空UiO-66-NH₂，并将TCTPE分子通过配位作用负载到中空UiO-66-NH₂中，生成TH-UiO-66-NH₂，用于构建AIECL探针。透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)结果表明UiO-66-NH₂为规则八面体，平均粒径为412.2 ± 54.7 nm;中空UiO-66-NH₂具有多个空腔，平均粒径为328.6 ± 61.3 nm;TCTPE负载后，TH-UiO-66-NH₂的平均粒径为336.5 ± 71.2 nm，保持了良好的八面体结构。X射线光电子能谱(XPS)结果表明TCTPE成功嵌入且元素组成和价态未发生变化。粉末X射线衍射(XRD)图谱显示三种材料的主要特征峰位置基本一致，表明TCTPE的配位并未改变中空UiO-66-NH₂的晶体结构。所有材料的吸附等温线均为I型(微孔吸附)和IV型(介孔吸附)，表明材料具有微孔和介孔结构。测量得TH-UiO-66-NH₂的比表面积为344.4 m²/g，为AIECL反应提供了丰富的活性位点和纳米通道。综上，制备了稳定的AIECL探针结构，为后续的超灵敏检测提供了基础。

　　图2(A)TH-UiO-66-NH₂的合成过程;(B)UiO-66-NH₂的TEM图像及其尺寸分布;(C)中空UiO-66-NH₂的TEM图像及其尺寸分布;(D)TH-UiO-66-NH₂的TEM图像及其尺寸分布;(E)XPS图谱;(F)XRD图谱;(G)UiO-66-NH₂(绿色线)、中空UiO-66-NH₂(蓝色线)和TH-UiO-66-NH₂(红线)的氮气吸附-解析曲线。

　　（2）用于AFB1检测的AIECL传感器的组装和验证：通过电化学表征和ECL测量验证了AIECL传感器的成功构建。在10 ng/mL AFB₁存在时进行电化学发光(ECL)测量，与无AFB₁时相比，ECL信号显著增强。电化学活性表面积的变化进一步证明了传感器构建过程的合理性，表明传感器能够有效响应AFB₁的存在。

　　（3）TCTPE负载量和扫描速率的优化：确定了TCTPE的最佳嵌入浓度为300 mM，最佳扫描速率为0.15 V/s。与前人研究对比，较高的扫描速率表明通过TH-UiO-66-NH₂的设计和成功合成，电子转移和ECL反应效率得到了显著提升，证明了TH-UiO-66-NH₂ AIECL探针在电子转移和发光效率方面的优势。

　　（4）方法检测性能评估（图3）：在最佳条件下，测量得到方法的检测限低至1.04 fg/mL(S/N = 3)。在AFB₁浓度为1 ng/mL时，将两种潜在干扰毒素的浓度增加到100倍和1000倍，传感器对干扰物的响应仍接近空白水平，仅对AFB₁表现出显著的ECL信号，证明了传感器对AFB₁的高选择性和强大的抗干扰能力。连续10次循环伏安扫描检测同浓度的AFB₁，ECL信号波动很小，显示出优异的稳定性。此外，所构建方法与高效液相色谱(HPLC)方法的加标回收率和相对标准偏差无显著差异，证明了传感器检测结果的可靠性。通过测量不同程度霉变玉米样品中的AFB₁含量，验证了传感器的实用性。

　　图3(A)靶标AFB₁的提取与信号转导过程;(B)所提出的AIECL传感器对不同浓度AFB₁的线性响应。(字母a到i分别表示浓度为10 fg/mL、100 fg/mL、1 pg/mL、10 pg/mL、100 pg/mL、1 ng/mL、10 ng/mL、100 ng/mL和1 μg/mL的AFB₁);(C)所提出的AIECL传感器用于AFB₁检测的线性关系曲线;(D)所提出的AIECL传感器在存在浓度高100倍或1000倍的干扰物(DON或OTA)时，对1 ng/mL AFB₁检测的选择性;(E)AIECL传感器和HPLC检测方法对实际样品中AFB₁的检测(N = 3)。

　　研究结论

　　本研究制备了具有强配位作用的TH-UiO-66-NH₂电化学聚集诱导发光材料。中空UiO-66-NH₂的高度有序多孔结构有效地限制了TCTPE分子的运动，并增强了Zr⁴⁺与TCTPE之间的配位作用，而TCTPE分子在TH-UiO-66-NH₂中的有序排列显著提高了电子转移效率，从而增强了AIECL信号。基于TH-UiO-66-NH₂优异的信号响应特性，并结合磁性分离和链置换扩增技术，成功开发了一种用于超灵敏检测AFB₁的AIECL生物传感器。该研究为AIECL发光材料的设计提供了新的思路，并为AIECL技术在食品安全检测中的应用提供了重要的指导。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143246