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學(xué)術(shù)進(jìn)展

陳穎教授課題組: 一種高性能的致病菌電化學(xué)傳感策略——分子印跡聚合物與MOF輔助氧化還原循環(huán)放大聯(lián)用

來源: 作者:發(fā)稿時(shí)間:2024/09/02 17:05瀏覽次數(shù):

     近日,beat365陳穎教授課題組在食源性致病菌的檢測(cè)方面取得重要研究進(jìn)展,相關(guān)研究成果以題為“Molecularly imprinted polymer combined with MOF-assisted redox recycling amplification: A powerful electrochemical sensing strategy for pathogenic bacteria”的學(xué)術(shù)論文發(fā)表于分析化學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》(IF=8.4,中科院一區(qū)Top期刊)上。碩士研究生劉洋為論文第一作者,陳穎教授為論文通訊作者。該研究受國家自然科學(xué)基金(21605007)和湖北省自然科學(xué)基金(2023AFB906)項(xiàng)目的資助。

成果簡介

食源性疾病是當(dāng)前全球突出的公共衛(wèi)生問題之一,其中食源性致病菌扮演著重要的致病角色。金黃色葡萄球菌(S. aureus)是一種常見的食源性致病菌,寄生于皮膚、鼻腔、咽喉、胃、空氣和污水等環(huán)境中。據(jù)統(tǒng)計(jì),該菌約占食源性微生物引發(fā)食物中毒事件的25%。建立一種快速有效的食源性細(xì)菌分析方法對(duì)于確保食品安全和診斷細(xì)菌感染具有重要意義。傳統(tǒng)基于培養(yǎng)的細(xì)菌檢測(cè)方法雖然可靠,但局限于操作復(fù)雜、耗時(shí)和靈敏度有限。免疫學(xué)檢測(cè)和分子生物學(xué)檢測(cè)等無需培養(yǎng)的方法在省時(shí)和提高靈敏度方面具有一定優(yōu)勢(shì),然而樣品預(yù)處理復(fù)雜、成本高以及操作技術(shù)要求較高等問題仍存在。因此,迫切需要發(fā)展一種高靈敏、低成本且快速的食源性致病菌無損分析方法,為食品安全和細(xì)菌感染診斷領(lǐng)域提供必要的方法學(xué)支撐和技術(shù)支持。

生物識(shí)別元件是電化學(xué)生物傳感器的關(guān)鍵組成部分之一。近年來,適體(Aptamer, Apt)因其穩(wěn)定性好、廣泛適用性和易于合成/修飾等優(yōu)點(diǎn)而成為抗體的替代品。分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymer, MIP)是一種嵌入分子印跡的聚合物基質(zhì),可以提供與模板靶的尺寸、形狀、官能團(tuán)等相匹配的定制結(jié)合位點(diǎn),被公認(rèn)為抗體模擬受體。此外MIP還具有制備簡單快速、成本低和良好穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。

本研究通過將Apt組裝在納米金修飾的MOF表面制備具有靶標(biāo)識(shí)別功能的納米信號(hào)探針;通過電聚合和模板去除法在電極表面原位形成S. aureus細(xì)菌印跡層,作為捕獲探針。當(dāng)目標(biāo)致病菌存在時(shí),細(xì)菌印跡修飾電極捕獲細(xì)菌,進(jìn)一步與納米信號(hào)探針結(jié)合形成夾心結(jié)構(gòu),繼而固載大量亞甲基藍(lán)(MB),通過與檢測(cè)底液中的電活性[Fe(CN)6]3?/4?發(fā)生氧化還原循環(huán)反應(yīng)以顯著增強(qiáng)電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)。該方法由于將人工合成受體的雙重識(shí)別及MOF調(diào)控下氧化還原循環(huán)放大相結(jié)合,展現(xiàn)出優(yōu)異的分析性能,具有實(shí)際樣品中細(xì)菌分析的巨大潛力。

研究亮點(diǎn)

  • 將分子印跡技術(shù)與電化學(xué)傳感器相結(jié)合,顯著降低成本且操作簡便。

  • 相較于傳統(tǒng)signal-offMIP致病菌直接檢測(cè)法,構(gòu)建signal-on夾心檢測(cè)模型靈敏度高。

  • 首次通過MB[Fe (CN)6]3?/4?之間的電化學(xué)氧化還原循環(huán)反應(yīng)增強(qiáng)特征峰電流,實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)放大。

  • 該方法具有出色的分析性能、快速操作及廣泛適用性。


圖文賞析

1. 實(shí)驗(yàn)方案原理圖

2. Fe-MIL-88SEMEDS圖像及XRD譜圖

3. 修飾電極表面的SEM圖像

4. (A) 電極修飾過程的CV表征 (B) (C) 可行性研究

5. 靈敏性研究

6. 選擇性研究。

研究結(jié)論

本研究構(gòu)建了一種信號(hào)放大的夾心型電化學(xué)生物傳感器,實(shí)現(xiàn)了S. aureus的快速、靈敏、選擇性分析。該傳感器將BIF選擇性界面和MOF輔助氧化還原循環(huán)放大聯(lián)用,具備低至1 CFU mL?1的檢測(cè)限和良好的選擇性,并可用于復(fù)雜樣品檢測(cè)。此外,通過替換不同的印跡模板和適體,本方法在檢測(cè)其他細(xì)菌方面也展示出巨大潛力。總之,該方法具有出色的分析性能、高效快速操作及廣泛適用性,在食品安全分析和細(xì)菌感染診斷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135682





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