华中农业大学胡筱波‖【BB】基于UiO-66限域增强荧光发射的单微球生物传感器用于抗生素和病原菌的高灵敏检测
- 2026-03-29 09:34:55
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介绍 /Introduction
研究图文/Introduction
Scheme 1. Construction of H@U based fluorescent biosensor.
本研究利用UiO-66作为壳材料功能化1,1,2,2-四(4-羧基苯基)乙烯（H4TCPE），制备了基于发光金属-有机框架（LMOF）的荧光传感器，形成稳定的荧光探针H4TCPE@UiO-66（H@U）（Scheme 1A）。这种强荧光输出与优异稳定性的结合，使H@U成为后续传感平台的理想信号报告单元。通过在H@U和毫米级聚苯乙烯微球（mPS）表面分别偶联特异性生物识别元件，我们构建了H@U-mPS生物传感器，用于快速稳定检测氯霉素（CAP）。mPS作为独立、完整的一体化分析单元：每个mPS同时具备以下功能：(i) 固定生物识别元件的固相载体，(ii) 锚定信号报告单元的宏观基底，(iii) 在限域空间内实现靶标捕获与信号生成的独立反应容器。在该体系中，CAP通过竞争结合改变mPS上固定的H@U探针数量，从而产生与抗生素浓度成比例的可量化荧光信号（Scheme 1B）。进一步地，我们将H@U与CRISPR/Cas12a系统整合，构建了名为H@U-C-mPS的生物传感器。检测金黄色葡萄球菌时，特异性结合靶标的适配体触发激活链释放，进而激活Cas12a的反式切割活性。该级联反应最终导致mPS上偶联H@U探针的单链DNA（ssDNA）被切割，产生可测量的荧光变化，实现对病原体的高灵敏检测（Scheme 1C）。综上，这些策略证明了H@U作为模块化生物传感平台核心信号组件的成功应用，可实现复杂样品中化学危害物和微生物的精准可靠检测。
Figure 1. The synthesis and characterization of H@U.
Figure 2. H@U mPS biosensor for the detection of antibiotics.
结论 /Conclusion
本研究通过将H4TCPE负载于UiO-66多孔结构中，成功构建了一种简便稳定的荧光探针H@U。与游离H4TCPE相比，所合成的H@U探针展现出6.90倍的荧光增强效应及显著提升的稳定性。基于该探针，我们构建了两个生物传感平台：用于氯霉素检测的H@U-mPS生物传感器，可在20分钟内完成分析，检测限达33.52 pg/mL，灵敏度较传统ELISA方法提升26.61倍；用于金黄色葡萄球菌定量检测的H@U-C-mPS生物传感器，在10–10⁵ CFU/mL范围内呈线性响应，其检测下限较qPCR技术灵敏两个数量级。上述生物传感器为食品安全监测和临床诊断提供了灵敏、稳定、快速的检测平台。未来工作中，这些生物传感器可集成至微球阵列或适配液体处理机器人系统，实现大规模样品的高通量筛查。
文献直通车 /Literature information
Single-microsphere biosensors based on UiO-66 confinement-enhanced fluorescence emission for sensitive detection of antibiotics and pathogenic bacteria
Yue Yang a #, Zhengzhang Huang a #, Xuewen Peng a #, Fengqi Cui a, Xiaobo Hu a, Heling Ren b原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118632
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