近日，中國海洋大學(xué)教授毛相朝團隊在生物傳感器研究領(lǐng)域取得重要創(chuàng)新成果，其提出的仿生策略構(gòu)建的納米酶聯(lián)合適配體生物傳感器，為海洋食品質(zhì)量檢測提供了全新解決方案。相關(guān)研究成果已正式發(fā)表于國際頂尖期刊《生物技術(shù)趨勢》(Trends In Biotechnology)，該期刊隸屬于工程技術(shù)大類，中科院分區(qū)為1區(qū)，影響因子達14.3，學(xué)術(shù)質(zhì)量與影響力備受認可。
近年來，適配體傳感器作為生物傳感器領(lǐng)域的研究熱點，憑借適配體的特異性、可編程性等優(yōu)勢，在食品檢測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。適配體通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進化(SELEX)獲得，可與酶催化反應(yīng)聯(lián)合構(gòu)建酶聯(lián)適配體傳感器，但當前相關(guān)研究存在固有局限，且復(fù)雜食品基質(zhì)及實際檢測環(huán)境會干擾適配體與靶標的結(jié)合及酶催化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，嚴重制約了其實際應(yīng)用，這也是行業(yè)內(nèi)亟待解決的關(guān)鍵難題。
針對上述痛點，毛相朝團隊從生命系統(tǒng)的進化智慧中汲取靈感，創(chuàng)新性地提出一種基于免疫啟發(fā)的仿生策略。該策略模仿脊椎動物免疫系統(tǒng)細胞中的V(D)J重組機制，通過單鏈拓撲重構(gòu)對適配體進行工程化改造，大幅提升了適配體與靶標的結(jié)合能力，結(jié)合親和力最高可提升133.3倍，從核心層面突破了傳統(tǒng)適配體性能的局限。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊進一步優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)，利用適配體-靶標結(jié)合機制觸發(fā)調(diào)控DNA納米球-Cu(II)復(fù)合納米酶的自組裝，有效解決了傳統(tǒng)酶催化信號易受復(fù)雜體系干擾的問題，成功構(gòu)建出基于適配體特異性識別與納米酶催化信號放大的新型生物傳感器。該傳感器結(jié)合智能手機比色分析技術(shù)，憑借智能手機的便攜性與比色分析的高靈敏度優(yōu)勢，實現(xiàn)了檢測過程的便捷化與精準化，可高效完成對蝦、蟹、貝類等海洋食品中抗生素殘留、生物毒素、重金屬離子等多種微量污染物的高通量篩查。
據(jù)悉，該傳感器具備高準確度與pM級別的超低檢測限，其中對恩羅氟沙星、環(huán)丙沙星、奧卡達酸、鎘等污染物的檢測限分別低至342.1 pM、330.8 pM、116.3 pM、104.0 pM，檢測能力廣泛且精準，能夠滿足當前海洋食品質(zhì)量檢測的嚴苛需求，尤其契合歐盟等國際市場對水產(chǎn)品中污染物的嚴格限量要求。目前，該仿生生物傳感器平臺已達到6-7級的技術(shù)成熟度，在復(fù)雜食品樣本檢測中展現(xiàn)出強大的實用性。
該研究不僅為適配體的工程化設(shè)計、適配體與納米酶的聯(lián)動機制建立提供了全新思路，也為開發(fā)適用于海洋食品及生物制品質(zhì)量檢測實際場景的穩(wěn)健型、仿生生物傳感器開辟了新途徑，對推動生物傳感技術(shù)在食品檢測領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、保障食品安全具有重要意義。
資料來源：中國科學(xué)報
