研究内容
近日,江苏师范大学渠陆陆、杨国海和冯秋梅构建了一种光电化学(PEC)-表面增强拉曼散射(SERS)双模生物传感器,该生物传感器与具有氮化碳纳米片(C3N4)/MXene金纳米颗粒(C/M-Au NPs)加速器的双重识别结合诱导DNA助行器相耦合,能够可靠、准确地检测金黄色葡萄球菌。实验结果表明,PEC和SERS的有效组合可用于金黄色葡萄球菌的扩增检测,检测范围分别为5-108 CFU/mL(PEC)和10-108 CFu/mL(SERS),检测限分别为0.70 CFU/mL和1.35 CFU/mL。相关工作以“PEC-SERS Dual-Mode Detection of Foodborne Pathogens Based on Binding-Induced DNA Walker and C3N4/MXene-Au NPs Accelerator”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。
研究要点
要点1. 作者首先通过自组装方法制备了C/M-Au纳米颗粒,构建了具有优异光电性能和SERS活性的金属/半导体异质结构。然后,将含有亚甲基蓝(MB)的DNA附着到Au NPs上,并且由于DNA的发夹结构,末端MB被迫接近电极表面,导致光电信号和拉曼峰值强度显著增加。
要点2. 中间DNA(I-DNA)是在金黄色葡萄球菌存在的情况下通过三维、两足和双重识别DNA助行器策略解离的。它可以特异性地打开电极表面的发夹结构,以中断MB分子对双信号的增强作用。
要点3. 构建的PEC-SERS双模生物传感器可以在一个反应下相互验证,有效地解决了传统传感器检测精度低的问题。实验结果表明,PEC和SERS的有效组合可用于金黄色葡萄球菌的扩增检测,检测范围分别为5-108 CFU/mL(PEC)和10-108 CFu/mL(SERS),检测限分别为0.70 CFU/mL和1.35 CFU/mL。
该研究提供了一种新颖有效的双模传感策略,对生物分析和健康监测具有重要意义。
研究图文
图1.(A)MXene(a)、C3N4(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的Zeta电位。(B)C/M-Au纳米颗粒的SEM。(C)C/M-Au纳米颗粒的TEM。(D)C/M-Au纳米颗粒的元素图谱。(E)C3N4(a)、MXene(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的XRD。(F)C3N4(a)、MXene(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的PEC。(G)MXene(a)、C3N4(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的EIS。(H)C3N4(a)、MXene(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的SERS。(I)C/M-Au NPs基底上不同浓度MB的SERS光谱:10-7(a)、10-6(b)、10-5(c)、10-4(d)和10-3 M(e)。(J)强度与MB浓度对数之间的线性关系。
图2.(A)C3N4(a)、MXene(b)、C/M(c)和C/M-Au NPs(d)的UV-vis散射反射光谱。(B)C3N4(a)、C/M(b)和C/M-Au NPs(c)的带隙。(C)C3N4(a)、C/M(b)和C/M-Au NP(c)的莫特-肖特基图。(D)C/M-Au NPs光阳极上的电子-空穴分离和转移方案。
图3.(A)DNA助行器和Pb2+特异性DNA酶的运行过程。(B)2 μM轨道DNA(a)、磁珠上清液+轨道DNA(b)、磁球上清液+轨道DNA+探针1-Van@Au NCs+探针2-适配体(c)、c的上清液进一步与金黄色葡萄球菌孵育(d)和c的上清液与金黄色葡球菌和Pb2+孵育(e)的紫外-可见光谱。(C)裸C/M-Au NPs(e)和C/M-AuNPs/H-MB(f)的EIS。(D)PEC响应信号处于开-关模式。(E)开-关模式下的SERS响应信号。(F)信号转换和放大策略的机制。
图4.(A)所开发的双模生物传感器对不同浓度的金黄色葡萄球菌的PEC响应:5、10、102、103、104、105、106、107和108 CFU/mL。(B)电流对数与金黄色葡萄球菌浓度对数之间的线性关系。(C)所开发的双模生物传感器对不同浓度的金黄色葡萄球菌的SERS光谱:10、102、103、104、105、106、107和108 CFU/mL。(D)金黄色葡萄球菌浓度的强度与对数之间的线性关系。
图5. 双模式生物传感器对PBS(a)、大肠杆菌(b)、Sal.鼠伤寒杆菌(c)、塞氏芽孢杆菌(d)、致孔梭菌(e)和肺炎链球菌(f)以及金黄色葡萄球菌(g)的(A)PEC和(B)SERS的选择性。误差条为SD(n=3)。(C)PEC连续关灯10分钟的稳定性。(D)通过SERS每5天检测30天的储存稳定性。误差条:SD(n=3)。(C)PEC连续关灯10分钟的稳定性。(D)通过SERS每5天检测30天的储存稳定性。误差条:SD(n=3)。(E)PEC和(F)SERS在不同批次双模生物传感器中的再现性。误差条:SD(n=3)。
文献详情
PEC-SERS Dual-Mode Detection of Foodborne Pathogens Based on Binding-Induced DNA Walker and C3N4/MXene-Au NPs AcceleratorFanglei Liu, Jiayi Zhao, Xi Zhen, Qiumei Feng,* Yingqiu Gu, Guohai Yang,* Lulu Qu,* Jun-Jie ZhuAnal. Chem.DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02529
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