Toehold-Mediated Cascade Catalytic Assembly for Mycotoxin Detection and Its Logic Applications

脱氧核酶 化学 真菌毒素 赭曲霉毒素A 适体 黄曲霉毒素 检出限 组合化学 纳米技术 色谱法 食品科学 分子生物学 生物 材料科学
作者
Jiafeng Pan,Fang Deng,Zhi Liu,Gu Shi,Junhua Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (8): 3693-3700 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c05485
摘要

In this work, an enzyme-free biosensor is reported for mycotoxin detection based on a toehold-mediated catalytic hairpin assembly (CHA) and a DNAzyme-cascaded hydrolysis reaction. In the presence of a mycotoxin, the recognition between an aptamer and the mycotoxin releases the trigger DNA. The trigger DNA initiates the toehold-mediated CHA, generating large amounts of partial duplex B/C with four toeholds, which can be used to assemble the DNAzyme-cascaded hydrolysis reaction. Furthermore, through a collaborative autoassembly reaction among the B/C duplex, DNA1, and DNA2, supramolecular nanostructures corresponding to Mg2+-dependent DNAzymes can be formed. With the incubation of Mg2+, the dual-modified (TAMRA/BHQ2) substrate strand DNA2 will be cleaved into two fragments, yielding a high TAMRA fluorescence signal for mycotoxin testing. Under optimal conditions, the sensing system was ultrasensitive and showed low detection limits of 0.2 pM for ochratoxin A (OTA), 0.13 pM for aflatoxin B1 (AFB1), and 0.17 pM for zearalenone (ZEN). The mycotoxin aptasensor also exhibited high selectivity and was successfully applied for the quantitative analysis of OTA, AFB1, and ZEN in wine samples. Due to the advantages of flexibility and versatility, this mycotoxin platform was used to fabricate several concatenated logic gates including "AND-INHIBIT", "INHIBIT-OR", "OR-AND", and "OR-INHIBIT" logic biocomputings. Such multiple functions of the logic system provided a universal sensing strategy for the intelligent detection of multiplex mycotoxins, demonstrating considerable potential in food safety and environmental monitoring.
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