基于铂纳米颗粒@金属有机骨架纳米模拟酶的无标记电化学赭曲霉毒素适体传感器的构建

doi:10.7503/cjcu20210409

摘要/Abstract

摘要：

以具有类过氧化物酶性质的Pt NPs@Mn-MOF纳米复合材料作为电极基底, 采用丝网印刷电极构建了一种无标记型电化学适体传感器, 用于赭曲霉毒素(OTA)的检测. 利用Pt NPs@Mn-MOF的模拟酶特性, 将其作为电极基底用于捕获OTA适体链, 同时催化H₂O₂还原产生电流响应信号. OTA的引入会减少纳米酶的催化活性位点, 从而导致电流信号降低. 在0.01~300 ng/mL范围内, 随着OTA浓度的增加, 电流响应值逐渐降低; 采用计时电流法检测电流响应信号, 从而间接实现了对OTA的定量检测. 此外, 该生物传感器通过U盘式小型工作站进行检测, 不仅可与电脑连接进行检测, 还可与手机连接进而实现实时检测, 并且其检测灵敏度高、重现性好, 检出限低至3.33 pg/mL(S/N=3). 该传感器可用于真实玉米样品中OTA的检测, 在真菌毒素现场检测中展现出潜在的应用价值.

关键词: 铂纳米颗粒, 金属有机骨架材料, 纳米模拟酶, 适体传感器, 赭曲霉毒素

Abstract:

Pt NPs@Mn-MOF nanocomposite material with peroxidase-like properties was used as electrode substrate， and a label-free electrochemical aptasensor was constructed by screen printing electrode for the detection of ochratoxin（OTA）. Utilizing the nanomimetic enzyme characteristics of Pt NPs@Mn-MOF， Pt NPs@Mn-MOF was used as an electrode substrate to capture OTA aptamer chain and catalyze the reduction of H₂O₂ to generate current response signal. The introduction of OTA can obdurate the catalytic active sites of the nanomimetic enzyme， which leads to the decrease of current signal. In the range of 0.01—300 ng/mL， the current response value decreases gradually with the increase of OTA concentration. The current response signal was detected by the chronoamperometry， so the quantitative detection of OTA was realized indirectly. In addition， the aptasensor can be detected through a small U-disk type electrochemical workstation， which can be connected to a computer or a mobile phone for real-time detection. It has high detection sensitivity and good reproducibility， and the detection limit is as low as 3.33 pg/mL（S/N=3）. The constructed aptasensor can be used for OTA detection in real corn samples， and shows potential application in mycotoxin detection.

Key words: Pt nanoparticle, Metal-organic framework, Nanomimetic enzyme, Aptasensor, Ochratoxin

中图分类号:

O651

TrendMD:

李梅, 夏晓娟, 陈志雄, 杨梦, 李紫滢, 杨通, 孟爽, 杨云慧, 胡蓉. 基于铂纳米颗粒@金属有机骨架纳米模拟酶的无标记电化学赭曲霉毒素适体传感器的构建. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3615.

LI Mei, XIA Xiaojuan, CHEN Zhixiong, YANG Meng, LI Ziying, YANG Tong, MENG Shuang, YANG Yunhui, HU Rong. Construction of a Label-free Electrochemical Ochratoxin Aptasensor Based on Pt Nanoparticles@ metal-organic Framework Nanomimetic Enzyme. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3615.

图/表 14

Scheme 1 Schematic diagram of the construction of label?free OTA aptasensor

Fig.1 XRD patterns of Mn?MOF?74(a) and the simulated(b)

Fig.2 FTIR spectrum of Mn?MOF?74

Fig.3 SEM images of Mn?MOF?74(A1—A3, B1, B2) and TEM images of Pt NPs @Mn?MOF?74(C1, C2)

Fig.4 Feasibility analysis of the experimental scheme(A) and catalytic activity analysis of nanomimetic enzyme(B)

Fig.5 AC impedance curves(A) and cyclic voltammetryvolt?ampere curves(B) measured at 5 mmol/L [K3Fe(CN)6]/[K4Fe(CN)6] with different modified electrodesa. bare SPE; b. Pt NPs@Mn MOF?74/SPE; c.OTA aptamer/Pt NPs@Mn MOF?74/SPE; d. MCH/OTA aptamer/Pt NPs@Mn MOF?74/SPE; e.OTA/MCH/OTA aptamer/Pt NPs@Mn MOF?74/SPE.

Fig.6 Optimization of experimental conditions(A) Effect of nanomimetic enzyme concentration on current value of aptasensor; (B) effect of measured potential on response current of aptasensor; (C) effect of buffer pH on response current of aptasensor; (D) effect of OTA aptamer chain concentration on response current of aptasensor. Insert figures: current value of aptamer sensor with or without OTA.

Fig.7 Chronoamperometry curves(A) and calibration curves(B) of aptasensor to different concentrations of OTA

Fig.8 Anti?interference ability of OTA electro? chemical aptasensor

Fig.9 Reproducibility of OTA electrochemical aptasensor

Table 1 Recovery of OTA electrochemical aptasensor

Sample	Added/（ng?mL^-1）	Found/（ng?mL^-1）	RSD（%）	Recovery（%）
1	0.00	Not found	——	——
2	1.00	1.02	3.52	101.8
		1.03		103.0
		0.96		96.0
3	150.0	144.2	5.05	96.1
		153.9		102.6
		146.6		97.7
4	300.0	306.9	2.19	102.3
		304.4		101.5
		294.4		98.1

Fig.10 UV absorption spectra(A) and calibration curve(B) of ELISA kit for OTA at different concentrations

Table 2 Comparison of OTA detection results between the ELISA kit and the electrochemical aptasensor constructed in this paper in corn samples

Detection method	Sample	Background/（ng?mL^-1）	Added/（ng?mL^-1）	Found/（ng?mL^-1）	Average found/（ng?mL^-1）
ELISA Kit	1	Not found Not found Not found	1.00 1.00 1.00	0.994	1.023
	2			1.043
	3			1.032
This work	1	Not found Not found Not found	1.00 1.00 1.00	1.018	0.983
	2			1.030
	3			0.960

Table 3 Comparison between the aptasensor constructed in this work and other OTA detection methods

Detection method	Linear range	Detection limit	Reference
Electrochemical sensor	0.01—10 ng/mL	5 pg/mL	［26］
Surface plasmon resonance	0.094—10 ng/mL	5 pg/mL	［27］
Impedimetric immunosensor	0.05—5 ng/L	0.01 ng/L	［28］
Fluorescence?based nanographite sensing	8.5—171 ng/mL	8 ng/mL	［29］
Monolithically integrated optoelectronic biosensor	4—100 ng/mL	2 ng/mL	［30］
Dual?ratiometric electrochemical aptasensor	30—10000 pg/mL	13.3 pg/mL	［31］
Label?free electrochemical aptamer sensor	0.01—300 ng/mL	3.33 pg/mL	This work

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