利用基于电化学适配体的检测方法并行检测贻贝中的冈田酸和萨克西毒素

《Talanta》：Parallel Detection of Okadaic Acid and Saxitoxin in Mussels with an Electrochemical Aptamer-based Assay

　　海洋毒素检测方法研究。基于竞争策略设计了两款电化学aptasensors，分别用于检测石房蛤毒素（OA）和刺尾鱼毒素（STX）。采用金纳米颗粒修饰的碳电极，通过聚苯胺-联苯胺共聚物或聚L-赖氨酸导电层实现毒素-BSA结合物的共价固定。通过辣根过氧化物酶竞争结合机制，以1-萘酚为检测信号，建立双通道信号-off检测体系。实验表明OA检测限66.4 pg/mL，STX检测限7.9 pg/mL，在真实贻贝样本中检测效果与商业ELISA相当，并成功实现便携式设备集成。

　　在现代海洋生态系统的背景下，有害藻华（HABs）正日益成为影响人类健康和食品安全的重要因素。这些现象通常由微小藻类或浮游植物的快速繁殖和积累所引发，其中包括某些蓝藻（蓝绿藻）。尽管“有害藻华”这一术语也适用于大型藻类（如海藻）的有害爆发，但这类事件通常与有毒或有害的微藻的快速增殖相关联。随着这些藻类的生长，多种有毒物质被释放到海水中，从而对全球范围内的海水质量产生深远影响。为了有效监测这些有毒物质，特别是存在于贝类中的毒素，如麻痹性贝类中毒素（STX）和腹泻性贝类中毒素（OA），研究人员致力于开发更高效、快速且选择性的检测方法。

当前，传统的检测方法如色谱法、质谱分析和生物测定法已被认证实验室广泛使用，但这些方法通常需要复杂的预处理步骤和昂贵的实验设备，限制了其在实际应用中的普及性。此外，这些技术缺乏便携性，难以实现现场监测或日常商业检测。相比之下，生物传感器因其可微型化、成本低廉、易于操作以及高灵敏度和选择性，逐渐成为一种更具前景的检测手段。其中，基于亲和力的生物传感器，特别是DNA适配体传感器，因其高特异性、高灵敏度以及合成寡核苷酸的稳定性优势，受到广泛关注。

适配体是一种人工合成的单链DNA或RNA分子，能够通过结构变化与目标分子特异性结合。相较于抗体，适配体具有更高的可重复性和更低的批次差异，同时其结构可以被精确设计以提高与目标分子的亲和力。因此，适配体传感器在环境监测和食品安全领域展现出巨大的潜力。在过去的几年中，研究人员已经开发出多种基于适配体的电化学检测方法，用于检测OA和STX。这些方法通常采用伏安法、电位法或场效应技术进行检测，但其中基于丝网印刷电化学细胞（SPCEs）的适配体传感器仍较为少见，尤其是在低成本、可重复使用和可修改的平台上。

为了弥补这一不足，本研究提出了一种新的电化学适配体传感器策略，用于同时检测OA和STX。该策略基于竞争机制，通过在SPCEs表面修饰金纳米颗粒（AuNPs）和导电聚合物（如聚（苯胺-共-邻氨基苯甲酸）或聚（L-赖氨酸）），构建了一种纳米复合平台。随后，将牛血清白蛋白（BSA）与OA或STX形成的共轭物通过共价键固定在电化学细胞表面。这些共轭物与溶液中的游离毒素竞争结合特定的生物素标记适配体，从而实现对目标毒素的检测。

为了追踪这种竞争反应，研究采用了生物素-碱性磷酸酶（St-ALP）酶联共轭物。当1-萘磷酸作为底物加入时，碱性磷酸酶会催化其水解反应，生成具有电化学活性的产物1-萘酚。通过差分脉冲伏安法（DPV）测量该产物的浓度，可以实现对OA和STX的检测。该方法的优势在于，其信号响应模式为“信号关闭”（signal-off），即在竞争反应发生时，信号强度会相应减弱，从而提高了检测的灵敏度和特异性。

本研究的检测限分别为66.4 pg/mL（OA）和7.9 pg/mL（STX），显示出较高的检测能力。此外，该方法在实际应用中也表现出良好的可行性，研究人员对含有OA或STX的贻贝样品进行了分析，并将结果与市售的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒进行了比较。实验结果表明，该适配体传感器在检测精度和灵敏度方面与ELISA方法相当，同时具备更高的操作简便性和成本效益。

为了进一步提高传感器的性能，研究还探讨了多种材料和方法的组合。例如，使用聚（L-赖氨酸）作为导电聚合物层，可以增强SPCEs的导电性，同时为适配体的固定提供一个稳定的支架。此外，通过引入不同的修饰策略，如电沉积和电聚合，可以优化传感器的表面特性，提高其对目标分子的识别能力。这些材料和方法的结合不仅提高了检测的灵敏度，还增强了传感器的稳定性和重复性。

本研究的创新之处在于，首次将基于BSA的载体蛋白与竞争机制相结合，用于检测海洋毒素。这种策略不仅提高了目标分子与生物素标记适配体的结合效率，还简化了适配体在传感器表面的固定过程。同时，该研究采用了一种微尺寸的伏安仪，使得传感器可以与个人电子设备（如平板电脑、智能手机等）兼容，从而提高了其在实际应用中的便捷性和普及性。

在材料选择方面，研究使用了多种化学试剂和生物分子，如四氯金酸、硫酸、苯胺、邻氨基苯甲酸、L-赖氨酸盐酸盐、EDC（N-羟基琥珀酰亚胺酯）、NHS（N-羟基琥珀酰亚胺）、BSA、OA、STX、St-ALP等。这些材料的选择基于其在电化学检测中的广泛应用和良好的性能表现。通过合理的材料组合和修饰策略，研究成功构建了一种高效、稳定的适配体传感器平台，能够准确检测海洋毒素。

在实验设计方面，研究采用了多种技术手段，包括电沉积、电聚合、共价固定、竞争反应追踪等。这些技术的结合不仅提高了传感器的性能，还确保了其在实际应用中的可靠性。例如，通过电沉积金纳米颗粒，可以显著增强SPCEs的导电性，从而提高检测的灵敏度。而通过电聚合聚（苯胺-共-邻氨基苯甲酸）或聚（L-赖氨酸），则可以构建一个导电且稳定的聚合物层，为适配体的固定提供一个良好的基底。

此外，研究还考虑了多种检测条件和参数的优化。例如，通过调整适配体的浓度、BSA的修饰量以及酶联共轭物的反应时间，可以提高检测的准确性和重复性。同时，通过优化DPV测量条件，如扫描速率、脉冲幅度和电位范围，可以进一步提高信号的分辨率和检测的灵敏度。这些优化措施使得该适配体传感器在检测性能上达到较高的水平。

在实际应用方面，该适配体传感器不仅适用于实验室环境，还能够满足现场检测的需求。通过将传感器与便携式电子设备相结合，可以实现对海洋毒素的快速、实时检测，这对于食品安全监测和环境管理具有重要意义。此外，该传感器的低成本和易操作性，使其在商业应用中也具有较大的潜力，能够被广泛用于日常检测和大规模筛查。

本研究的成果不仅为海洋毒素的检测提供了新的方法，还为食品安全和环境监测领域带来了新的思路。通过将适配体传感器与竞争机制相结合，研究人员成功开发出一种高效、快速且选择性的检测系统，能够在较低成本下实现对OA和STX的准确检测。此外，该方法的可重复性和稳定性，使得其在实际应用中具有较高的可行性。这些成果的取得，为未来在海洋毒素检测方面的研究奠定了坚实的基础。

总的来说，本研究提出了一种基于竞争机制的电化学适配体传感器，用于同时检测OA和STX。该方法利用了丝网印刷电化学细胞的低成本、可重复使用和可修改的特性，结合了金纳米颗粒和导电聚合物的修饰策略，以及BSA作为载体蛋白的优势，实现了对目标毒素的高效检测。该方法在实验室测试中表现出良好的性能，并在实际应用中也显示出其在食品安全监测中的潜力。这些成果不仅有助于提高海洋毒素检测的效率，还为未来的环境监测和食品安全管理提供了新的技术支持。