生物传感器因灵敏度高、响应快、操作简便，在环境、农业、临床和制药领域应用广泛。纳米技术的快速发展推动了新型纳米材料的涌现，这类材料凭借优异的光学、催化、光热等性能，成为构建荧光、表面增强拉曼散射（SERS）、电化学、比色等传感器的信号组件。例如，金属纳米酶（如Ce-MOF、Fe-Mn）具过氧化物酶活性，量子点、碳点适用于荧光传感器，贵金属纳米颗粒（如AuNPs、PdNPs）因良好导电性常用于电化学传感器。

然而，单一信号输出的生物传感器易出现假阴性或假阳性，影响检测准确性。复合纳米材料虽能结合单一材料特性提升准确性，但灵敏度仍待提高。酶辅助靶标循环（EATR）无需热循环和复杂模板，是高效信号放大策略，如ExoIII可水解双链DNA3'平端，Nt.BbvCI作为切口酶也常用于信号放大。

己烯雌酚（DES）作为合成雌激素干扰物，常被非法用于水产养殖促进鱼类生长，危害人体健康。基于此，本文设计多功能Ce-MOF@PdNPs复合纳米材料，结合双酶辅助靶标循环放大，构建三重读出适配体传感器，以实现DES的高灵敏准确检测。

研究内容

图1.Ce-MOF@PdNPs的表征

通过TEM、SEM观察，Ce-MOF呈规则八面体，PdNPs为典型球形，Ce-MOF@PdNPs中PdNPs均匀分布于Ce-MOF表面无明显聚集。EDSmapping显示Ce、Pd、C、N、O元素在Ce-MOF@PdNPs中均匀分散，ICP-MS测定Pd含量为0.43wt.%，DLS结果显示Ce-MOF@PdNPs粒径大于Ce-MOF，证实PdNPs成功负载。XRD分析表明Ce-MOF@PdNPs与Ce-MOF结晶度和峰位一致，PdNPs因尺寸小未显现特征峰。FTIR证实Ce离子与羧基配体配位形成Ce-MOF。XPS全谱显示Ce、O、Pd特征峰，高分辨XPS表明Ce³⁺/Ce⁴⁺共存（含晶格氧空位）、Pd主要为金属态（少量氧化态），O1s谱显示表面活性氧丰富，利于催化反应。

图2.Ce-MOF@PdNPs的过氧化物酶样活性

以TMB和H₂O₂为底物评估其过氧化物酶样活性，UV-vis光谱显示Ce-MOF@PdNPs在652nm处吸光度显著高于Ce-MOF和PdNPs，表明其催化活性更优，这是因PdNPs促进Ce-MOF中Ce³⁺/Ce⁴⁺电子转移。优化实验显示，pH4.0、25-45℃时该材料催化活性最佳且稳定性好。稳态动力学分析表明，Ce-MOF@PdNPs的Km值低于Ce-MOF和PdNPs，对底物亲和力更高。自由基清除实验和ESR证实–OH和–O₂⁻在催化中起关键作用，且Ce-MOF@PdNPs产生的自由基更多。XPS显示催化后Ce³⁺/Ce⁴⁺、Pd⁰/Pd²⁺valence态发生变化，CV曲线出现强redox峰，说明电子转移促进TMB氧化，综上，Ce-MOF@PdNPs过氧化物酶样活性优异。

图3.Ce-MOF@PdNPs的荧光性能

以TMB和H₂O₂为底物评估其过氧化物酶样活性，UV-vis光谱显示Ce-MOF@PdNPs在652nm处吸光度显著高于Ce-MOF和PdNPs，表明其催化活性更优，这是因PdNPs促进Ce-MOF中Ce³⁺/Ce⁴⁺电子转移。优化实验显示，pH4.0、25-45℃时该材料催化活性最佳且稳定性好。稳态动力学分析表明，Ce-MOF@PdNPs的Km值低于Ce-MOF和PdNPs，对底物亲和力更高。自由基清除实验和ESR证实–OH和–O₂⁻在催化中起关键作用，且Ce-MOF@PdNPs产生的自由基更多。XPS显示催化后Ce³⁺/Ce⁴⁺、Pd⁰/Pd²⁺valence态发生变化，CV曲线出现强redox峰，说明电子转移促进TMB氧化，综上，Ce-MOF@PdNPs过氧化物酶样活性优异。

CV曲线显示，Ce-MOF@PdNPs修饰电极的峰电流是裸金电极的1.7倍，显著高于PdNPs或Ce-MOF修饰电极，因Ce-MOF大表面积利于PdNPs均匀负载防聚集，且PdNPs促进Ce-MOF表面电子转移，增加电极活性位点。EIS分析表明，Ce-MOF@PdNPs的电荷转移电阻（Rct=93.75Ω）低于Ce-MOF和PdNPs，进一步证实其电子转移能力更强，良好的导电性为电化学检测奠定基础。

图4.适配体与酶辅助信号放大的可行性

分子对接模拟显示DES嵌入适配体结构，结合位点为特定碱基，据此设计H1发夹茎环区域，确保DES能触发H1打开启动RecycleI。Zeta电位和PAGE结果证实Ce-MOF@PdNPs-H3成功修饰。变性PAGE实验表明，无DES时H1保持发夹结构，ExoIII无法切割；有DES时，H1打开与H2形成双链，ExoIII水解释放F-DNA（RecycleI可行）；F-DNA与H3杂交后，Nt.BbvCI切割H3释放F-DNA（RecycleII可行）。EIS结果显示，Ce-MOF@PdNPs-H3修饰电极Rct低，MCH封闭、F-DNA杂交、Nt.BbvCI切割后Rct逐步升高，证实双酶驱动靶标循环策略可行。此外，三重信号检测实验表明，仅在DES、ExoIII和Nt.BbvCI均存在时，电化学阻抗高且比色、荧光信号强，验证了信号放大效果。

图5.适配体传感器的分析性能

在最优条件下，对不同浓度DES进行三重模式检测。比色模式中，吸光度随DES浓度升高而增强，在0.5-200ng/mL浓度范围内，相对吸光度与DES浓度对数呈线性，检测限0.16ng/mL。荧光模式下，荧光强度随DES浓度增加而上升，1-800ng/mL范围内，相对荧光强度与浓度对数线性相关，检测限0.76ng/mL。电化学模式中，电化学信号随DES浓度升高而降低，0.004-50ng/mL范围内，相对电化学信号与浓度对数线性关系良好，检测限0.87pg/mL。与现有DES检测方法相比，该传感器灵敏度相当且线性范围更广。选择性实验表明，其对DES类似物、其他兽药残留和金属离子抗干扰能力强，reproducibility和稳定性测试结果也显示该传感器性能可靠。

本研究成功构建基于Ce-MOF@PdNPs的三重模式（比色、荧光、电化学）适配体传感器用于DES检测。该传感器性能优异，原因在于：一是Ce-MOF@PdNPs兼具出色的过氧化物酶样活性、荧光性能和电化学性能，Ce-MOF大表面积使PdNPs均匀负载，提升整体性能；二是双酶驱动靶标循环策略让DES对应多个信号，实现高效信号放大，大幅提高检测灵敏度；三是三种信号模式结果可相互验证，减少假阳性/假阴性，提升定量分析准确性和可靠性。该研究为兽药残留高灵敏度检测提供新方法，对保障食品安全具有重要意义，也为多功能生物传感器设计提供思路。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-024-6951-4