Construction of a Label-free Electrochemical Ochratoxin Aptasensor Based on Pt Nanoparticles@ metal-organic Framework Nanomimetic Enzyme

doi:10.7503/cjcu20210409

Abstract

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

CLC Number:

O651

TrendMD:

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[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3615.

Figures/Tables 14

References 31

1	Xiong Z. W.， Wang Q.， Xie Y. J.， Li N.， Yun W.， Yang L. Z.， Food Chem.， 2021， 338， 128122
2	Nao S. C.， Wu K. J.， Wang W.， Leung C. H.， Ma D. L.， Front. Chem.， 2020， 8， 767—778
3	Zhu W.， Li L.， Zhou Z.， Yang X. D.， Hao N.， Guo Y. S.， Wang K.， Food Chem.， 2020， 319， 126544
4	Zhang J.， Xu X.， Qiang Y.， Sensor. Actuat. B⁃Chem.， 2020， 312， 1—8
5	Taghdisi S. M.， Danesh N. M.， Ramezani M.， Alibolandi M.， Talanta， 2021， 223， 121705
6	Lu L.， Yuan W.， Xiong Q.， Wang M. H.， Liu Y. J.， Cao M.， Xiong X. H.， Anal. Chim. Acta， 2021， 1141， 83—90
7	El⁃Moghazy A. Y.， Amaly N.， Istamboulie G.， Nitin N.， Microchim. Acta， 2020， 187（9）， 535—546
8	Arranz I.， Baeyens W. R. G.， Weken G.， Saeger S.， Peteghem C.， Crit. Rev. Food Science and Nutrition， 2004， 44（3）， 195—203
9	Ding Y.， Shang H.， Wang X.， Chen L. G.， Analyst， 2020， 145（18）， 6079—6084
10	Hao L. W.， Chen J.， Chen X. R.， Ma T. T.， Cai X. X.， Duan H.， Leng Y. K.， Huang X. L.， Xiong Y. H.， Food Chem.， 2021， 336， 127710
11	Li Q. J.， Liang B. W.， Li W.， Li W. W.， Sun J.， Jiao S.， Wang S.， Sensor. Actuat. B⁃Chem.， 2020， 330， 129367
12	Zaman Z.， Rashid S.， Nasir M.， Liaqat M.， Asrar. Ahmed S.， Shahidc S. A.， Hayata A.， Mater. Chem. Phys.， 2021， 258， 123843
13	Song Y.， Wang X.， Zhao C.， Qu K. G.， Ren J. S.， Qu X. G.， Chem. Eur. J.， 2010， 16（12）， 3617—3621
14	Cormode D. P.， Gao L.， Koo H.， Trends Biotechnol.， 2018， 36（1）， 15—29
15	Kempahanumakkagaria S.， Kumarb V.， Samaddarc P.， Kumard P.， Ramakrishnappae T.， Kim K. H.， Biotechnol. Adv.， 2018， 36（2）， 467—481
16	Yi F. Y.， Chen D.， Wu M. K.， Han L.， Jiang H. L.， ChemPlusChem.， 2016， 81， 675—690
17	Chen Y.， Mab S. Q.， Dalton T.， 2016， 45， 9744—9753
18	Wang H. S.， Coordin. Chem. Rev.， 2017， 349， 139—155
19	Feng J. H.， Li Y. Y.， Li M. D.， Li F. Y.， Han J.， Dong Y. Y.， Chen Z. W.， Wang P.， Liu H.， Wei Q.， Biosens. Bioelectron.， 2017， 91， 441—448
20	Wu J.， Lv W. X.， Yang Q.， Li H.， Li F.， Biosens. Bioelectron.， 2021， 171， 112707
21	Bennett J. W.， Klich M.， Clin. Microbiol. Rev.， 2003， 16（3）， 497—516
22	Li Y. L.，Yu C.， Yang B.， Liu Z.， Xia P.， Wang Q.， Biosens. Bioelectron.， 2018， 102， 307—315
23	Zhou W.， Wu H.， Yildirim T.， J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（46）， 15268—15269
24	Wang Z.， Liu N.， Ma Z.， Biosens. Bioelectron.， 2014， 53， 324—329
25	Feng C.， Qiao S. S.， Guo Y.， Xie Y. H.， Zhang L.， Akram N.， Colloids and Surfaces A， 2020， 597， 124781
26	Wang C.， Qian J.， An K.， Huang X.， Zhao L.， Liu Q.， Biosens. Bioelectron.， 2017， 89， 802—809
27	Zhu Z. L.， Feng M. X.， Zuo L. M.， Zhu Z.， Wang F.， Chen L.， Biosens. Bioelectron.， 2015， 65， 320—326
28	Malvano F.， Albanese D.， Pilloton R.， Matteo M. D.， Food Chem.， 2016， 212， 688—694
29	Wei Y.， Zhang J.， Wang X.， Duan Y. X.， Biosens. Bioelectron.， 2015， 65（15）， 16—22
30	Pagkali V.， Petrou P. S.， Salapatas A.， Makarona E.， J. Hazard. Mater.， 2016， 323， 75—83
31	Zhu C. X.， Liu D.， Li Y. Y.， Ma S.， Wang M.， You T.， Biosens. Bioelectron.， 2020， 174， 112654

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

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

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

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

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