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PEC-SERS Dual-Mode Detection of Foodborne Pathogens Based on Binding-Induced DNA Walker and C3N4/MXene-Au NPs Accelerator
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-09-17 , DOI: 10.1021/acs.analchem.3c02529 Fanglei Liu 1 , Jiayi Zhao 1 , Xinyu Liu 1 , Xi Zhen 1 , Qiumei Feng 1 , Yingqiu Gu 1 , Guohai Yang 1 , Lulu Qu 1 , Jun-Jie Zhu 2
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-09-17 , DOI: 10.1021/acs.analchem.3c02529 Fanglei Liu 1 , Jiayi Zhao 1 , Xinyu Liu 1 , Xi Zhen 1 , Qiumei Feng 1 , Yingqiu Gu 1 , Guohai Yang 1 , Lulu Qu 1 , Jun-Jie Zhu 2
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In this paper, a photoelectrochemical (PEC)-surface-enhanced Raman scattering (SERS) dual-mode biosensor is constructed coupled with a dual-recognition binding-induced DNA walker with a carbon nitride nanosheet (C3N4)/MXene-gold nanoparticles (C/M-Au NPs) accelerator, which is reliable and capable for sensitive and accurate detection of Staphylococcus aureus (S. aureus). Initially, a photoactive heterostructure is formed by combining C3N4 and MXene via a simple electrostatic self-assembly as they possess well-matched band-edge energy levels. Subsequently, in situ growth of gold nanoparticles on the formed surface results in better PEC performance and SERS activity, because of the synergistic effects of surface plasmon resonance and Schottky barrier. Furthermore, a three-dimensional, bipedal, and dual-recognition binding-induced DNA walker is introduced with the formation of Pb2+-dependent DNAzyme. In the presence of S. aureus, a significant quantity of intermediate DNA (I-DNA) is generated, which can open the hairpin structure of Methylene Blue-tagged hairpin DNA (H-MB) on the electrode surface, thereby enabling the switch of signals for the quantitative determination of S. aureus. The constructed PEC-SERS dual-mode biosensor that can be mutually verified under one reaction effectively addresses the problem of the low detection accuracy of traditional sensors. Experimental results revealed that the effective combination of PEC and SERS is achieved for amplification detection of S. aureus with a detection range of 5–108 CFU/mL (PEC) and 10–108 CFU/mL (SERS), and a detection of limit of 0.70 CFU/mL (PEC) and 1.35 CFU/mL (SERS), respectively. Therefore, this study offers a novel and effective dual-mode sensing strategy, which has important implications for bioanalysis and health monitoring.
中文翻译：
基于结合诱导 DNA Walker 和 C3N4/MXene-Au NPs 加速器的食源性病原体 PEC-SERS 双模式检测
在本文中，构建了一种光电化学（PEC）-表面增强拉曼散射（SERS）双模式生物传感器，与具有氮化碳纳米片（C 3 N 4）/MXene-金的双识别结合诱导DNA步行器耦合纳米颗粒（C/M-Au NPs）加速器，可靠且能够灵敏、准确地检测金黄色葡萄球菌（S. aureus）。最初，光活性异质结构是通过简单的静电自组装将 C 3 N 4和 MXene 组合而成，因为它们具有良好匹配的带边能级。随后，由于表面等离子体共振和肖特基势垒的协同作用，金纳米粒子在形成的表面上的原位生长导致了更好的PEC性能和SERS活性。此外，随着Pb 2+依赖性DNAzyme的形成，引入了三维、双足和双重识别结合诱导的DNA walker 。在金黄色葡萄球菌存在的情况下，会产生大量的中间DNA（I-DNA），它可以打开电极表面亚甲基蓝标记的发夹DNA（H-MB）的发夹结构，从而实现用于定量测定金黄色葡萄球菌的信号。构建的可在一次反应下相互验证的PEC-SERS双模式生物传感器有效解决了传统传感器检测精度低的问题。实验结果表明，实现了PEC和SERS的有效结合，对金黄色葡萄球菌进行了扩增检测，检测范围为5~10 8 CFU/mL（PEC）和10~10 8 CFU/mL（SERS），检测结果限值分别为 0.70 CFU/mL (PEC) 和 1.35 CFU/mL (SERS)。因此，本研究提供了一种新颖有效的双模式传感策略，对生物分析和健康监测具有重要意义。
更新日期：2023-09-17
中文翻译：
基于结合诱导 DNA Walker 和 C3N4/MXene-Au NPs 加速器的食源性病原体 PEC-SERS 双模式检测
在本文中，构建了一种光电化学（PEC）-表面增强拉曼散射（SERS）双模式生物传感器，与具有氮化碳纳米片（C 3 N 4）/MXene-金的双识别结合诱导DNA步行器耦合纳米颗粒（C/M-Au NPs）加速器，可靠且能够灵敏、准确地检测金黄色葡萄球菌（S. aureus）。最初，光活性异质结构是通过简单的静电自组装将 C 3 N 4和 MXene 组合而成，因为它们具有良好匹配的带边能级。随后，由于表面等离子体共振和肖特基势垒的协同作用，金纳米粒子在形成的表面上的原位生长导致了更好的PEC性能和SERS活性。此外，随着Pb 2+依赖性DNAzyme的形成，引入了三维、双足和双重识别结合诱导的DNA walker 。在金黄色葡萄球菌存在的情况下，会产生大量的中间DNA（I-DNA），它可以打开电极表面亚甲基蓝标记的发夹DNA（H-MB）的发夹结构，从而实现用于定量测定金黄色葡萄球菌的信号。构建的可在一次反应下相互验证的PEC-SERS双模式生物传感器有效解决了传统传感器检测精度低的问题。实验结果表明，实现了PEC和SERS的有效结合，对金黄色葡萄球菌进行了扩增检测，检测范围为5~10 8 CFU/mL（PEC）和10~10 8 CFU/mL（SERS），检测结果限值分别为 0.70 CFU/mL (PEC) 和 1.35 CFU/mL (SERS)。因此，本研究提供了一种新颖有效的双模式传感策略，对生物分析和健康监测具有重要意义。
京公网安备 11010802027423号