甲基苯丙胺，是冰毒的有效成分，被列为第一类精神药品。甲基苯丙胺的非法生产、分销和消费导致迫切需要快速、敏感和可靠的检测方法。传统的分析技术，如气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS）是高度准确的，但往往需要复杂的样品制备，昂贵的设备和较长的分析时间。因此，人们越来越有兴趣开发便携式和具有成本效益的生物传感器，用于在各种环境中检测兴奋剂，包括法医、临床和环境应用。
纳米探针信标和适配体的联合使用已成为生物传感的一个有前途的领域。迄今为止，大多数开发杂交MIP适配体的尝试都集中在将适配体作为单体结合到MIP中，通过在DNA碱基上使用适配体上的可聚合片段或在适配体的5’或3’末端。将适配体整合到信标中的其他策略包括通过生物偶联将适配体固定在生物传感器表面，然后进行表面印迹或通过适配体的自组装和聚合过程中对适配体进行非共价包封。
在本文中，作者介绍了纳米探针信标的设计、合成和应用，该信标具有独特的协同结合机制，可用于甲基苯丙胺/适配体复合物的一体化检测（如图1所示）。纳米探针信标采用固相合成方法，通过在固定相上生物偶联适配体和甲基苯丙胺孵育形成甲基苯丙胺适配体复合物。对合成的纳米探针信标进行了表征，并在模拟尿液样本和50%的人血清样本中对其形态学、信号转导和分析性能进行了评估。
图1 具有独特的协同结合信号转导的纳米探针信标
通过利用结构切换适配体的力量，即适配体的三维构象在与分析物结合时发生变化，并合成纳米探针信标来识别其结合状态下适配体的三维构象，并证明了纳米探针信标通过合作结合机制结合，从而快速有效地检测甲基苯丙胺。这项工作不仅有助于纳米探针和基于纳米探针/DNA的混合传感器的发展，而且还通过为打击甲基苯丙胺滥用提供强有力的分析工具，解决了公共卫生和安全方面的一项关键需求。
在Tecan平板阅读器上记录纳米探针信标的荧光信号和协同结合机制，并对其进行优化。如图2的结果证实了甲基苯丙胺适配体复合物被成功印迹，甲基苯丙胺适配体配体和分析物必须在相互结合后进行结构转换才能发生信号转导。纳米探针信标控制的强荧光猝灭效应表明，分子识别位点的形成是基于适体的三维折叠构象，这是由适体的序列、离子强度和缓冲条件决定的。
图2 荧光猝灭程度
对比甲基安非他明适配体配体与SS之间纳米探针信标的猝灭程度，可以看出，在甲基安非他明适配体存在的情况下，纳米探针信标的荧光猝灭信号随剂量的增加而增加，在浓度超过2000 nM时达到饱和。相比之下，当与浓度增加的甲基苯丙胺孵育时，SS通过淬灭纳米探针信标引起荧光信号略有下降。荧光的任何变化可能是由于纳米探针对SS的动态猝灭。取甲基苯丙胺适配体和SS对照的线性浓度范围，绘制相应的线性Stern-Volmer校准图（如图3所示），确定了荧光测定的最低性能标准。
图3 荧光猝灭程度及相应的Stern-Volmer校正图
纳米探针信标分别以固定浓度为5μM的固定适配体或SS孵育10 μM的候选药物，以确定纳米探针信标的选择性（图4）。研究发现，与安非他明、MDMA、可待因、吗啡、美沙酮和氯胺酮等其他候选药物相比，甲基苯丙胺的猝灭程度至少高40倍，这表明纳米探针信标对甲基苯丙胺具有良好的选择性，而适体对这些其他药物靶标的交叉反应性很小。
图4 不同药物的荧光猝灭响应
声明：
William, G., Yi, S., and Jon, A. (2025). NanoMIP beacons with a co-operative binding mechanism for the all-in-one detection of methamphetamine aptamer complexes. Biosensors and Bioelectronics 267, 116856.
