新型LSPR驱动电位分辨ECL适配体传感器问世：实现玉米中赭曲霉毒素A的高灵敏筛查与检测一体化

背景

赭曲霉毒素A是由曲霉属真菌产生的高毒性次级代谢产物，广泛存在于玉米、小麦、燕麦等谷物及其制品中。由于其被国际癌症研究机构列为2B类致癌物，并在动物模型中表现出肾毒性，多个国家和地区对食品中OTA的含量设定了严格限量，如欧盟规定谷物中OTA不得超过3.0 μg/kg，中国国家标准（GB 2761-2017）则设定为5.0 μg/kg。

传统的OTA检测方法如高效液相色谱法、酶联免疫吸附法和薄层色谱法，虽各有优势，但普遍存在操作复杂、设备昂贵、灵敏度不稳定或重现性差等问题，难以满足快速、现场检测的需求。因此，开发一种兼具高灵敏度、高选择性和操作简便的检测技术具有重要的现实意义。

传感器设计与构建原理

本研究成功构建了一种基于AAO纳米孔和银包金核壳纳米颗粒的电位分辨电化学发光适配体传感器，具备“筛查-检测”双重功能。其设计与工作机制如下：

1.材料选择与修饰

RuSiNPs 作为发光物质，固定在ITO电极表面；

四面体DNA纳米结构 作为稳定的支架，用于有序固定适配体；

Au@Ag NPs 通过LSPR效应增强RuSiNPs的ECL信号；

AAO纳米孔膜 作为分子筛，有效阻挡样品中大分子干扰物。

2.传感器组装流程

ITO电极经清洗、氨基化处理后，依次修饰RuSiNPs、TDN、Au@Ag NPs-适配体复合物；

最后贴附AAO膜，形成完整的Apt/MCH/TDN/RuSiNPs/ITO传感器结构。

3.检测机制

当OTA存在时，与适配体特异性结合，导致Au@Ag NPs从TDN上解离；

洗涤后，LSPR效应减弱，ECL信号降低；

信号降低程度与OTA浓度呈负相关，从而实现定量检测。

图1. PRECL适配体传感器用于OTA检测的制作与应用示意图

性能验证与优化结果

1. 材料表征

AAO 具有有序的蜂窝状多孔结构，通道垂直排列，具备优异分子筛分能力；

RuSiNPs 呈均匀球形，ECL和荧光光谱均显示蓝移，证实其成功合成；

TDN 通过TEM和PAGE验证其结构完整性与尺寸均一性（7–8 nm）；

Au@Ag NPs 尺寸由12 nm增至29 nm，UV-vis吸收峰位于464 nm，表明Ag壳成功包覆。

2. ECL增强机制

研究发现，Au@Ag NPs通过LSPR效应显著增强RuSiNPs的ECL信号。其增强机制主要包括：

提高激发速率；

通过辐射衰减工程优化发光过程，提高量子效率与信号收集效率。

3. 电化学与ECL性能

CV与EIS结果显示各修饰层依次成功构建；

ECL信号在修饰Au@Ag NPs后显著增强，AAO贴附后仅轻微下降；

传感器在OTA浓度为10 μg/kg和40 μg/kg时均表现出明显的剂量-响应关系。

4. 条件优化

最佳pH为7.4；

适配体浓度为1 μmol/L；

OTA孵育条件为37°C、120分钟。

图2. (A) AAO的顶部视图(A)和(B)横截面的SEM图像，(C) RuSiNPs的TEM图像，(D–F) RuSiNPs和Ru(bpy)₃²⁺的ECL光谱(D)、荧光光谱(E)和紫外-可见吸收光谱(F)。

图3. (A) Au@Ag 纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱（插图：Au@Ag 纳米颗粒的 TEM 图像），(B) 不同改性电极的电化学发光（ECL）响应：(a) Au@Ag 纳米颗粒/ITO，(b) RuSiNPs/ITO，(c) Apt-Au@Ag 纳米颗粒/TDN/RuSiNPs/ITO，(C) Au@Ag 纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱及 RuSiNPs 的荧光发射光谱，(D) RuSiNPs 电化学发光信号增强机制的示意图。

图4. (A) 不同改性电极的循环伏安(CV); (B) 电化学阻抗谱(EIS); (C) ECL测试 (a: ITO, b: RuSiNPs/ITO; c: TDN/RuSiNPs/ITO; d: Apt-Au@Ag NPs/TDN/RuSiNPs/ITO, e: AAO/Apt-Au@Ag NPs/TDN/RuSiNPs/ITO); (D) 不同浓度孵育后的ECL响应

图5. (A) 不同浓度OTA的ECL响应；(B) 校准曲线；(C) ECL传感器在不同毒素中的选择性；(D) ECL传感器在连续7次扫描下的稳定性；(E) 批间和(F) 批内ECL传感器测试（OTA浓度为40 μg/kg）。

检测性能与实际应用

1. 灵敏度与线性范围

传感器在0.01–80 μg/kg范围内呈现良好线性关系：

阴极ECL：IECL=410.7lnCOTA+6284.4 (R2=0.998)IECL​=410.7lnCOTA​+6284.4 (R2=0.998)

阳极ECL：IECL=317.8lnCOTA+4090.5 (R2=0.994)IECL​=317.8lnCOTA​+4090.5 (R2=0.994)
检测限低至 1.4×10−41.4×10−4 μg/kg，优于多数现有方法。

2. 选择性、稳定性与重现性

对DON、FB1、ZEN、AFB₁等常见霉菌毒素无交叉反应；

连续7次扫描RSD＜3%，显示优异稳定性；

批内与批间RSD均低于2%，重现性良好。

3. 实际样品检测

在五组OTA阳性玉米样品中，该传感器检测结果与HPLC方法无显著差异（p > 0.05），验证了其在真实样本中的准确性与可靠性。

表1 ECL适配体传感器与HPLC方法检测到的OTA结果比较

^aP >0.05，表示：HPLC与本研究之间差异无显著性。

结论与展望

本研究成功开发了一种集成AAO筛分与Au@Ag NPs LSPR增强效应的PRECL适配体传感器，实现了对玉米中OTA的高灵敏、高选择性检测。该传感器不仅具备优异的检测性能，还展现出良好的稳定性和重现性，适用于复杂食品基质中痕量污染物的快速筛查。未来，通过更换适配体，该平台还可拓展至其他霉菌毒素或小分子污染物的检测，在食品安全监测领域具有广阔的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.118117