近日，中国海洋大学食品科学与工程学院毛相朝教授团队在Cell Press细胞出版社旗下Trends in Biotechnology（《生物技术趋势》）发表题为“An Immune-inspired Intelligent Aptasensor with Broad Detection Capability”（一种具有广泛检测能力的免疫启发式智能适配体传感器）的研究论文。该研究借鉴生命系统的运作机制，提出了一种创新的仿生策略，对适配体进行工程化改造，组装了由靶标结合触发的高催化活性纳米酶，构建出一种纳米酶联合适配体的生物传感器，辅以智能手机数据传导技术，可广泛应用于海洋食品中多种靶标的快速、智能检测，从而突破了酶联适配体传感器在食品分析检测领域实际应用受限的瓶颈难题，推动了适配体识别、纳米酶催化转导技术的发展及其在食品生物传感分析检测领域的应用。

近年来，生物传感器（Biosensors）在食品分析检测领域展现出不可或缺的价值。其中，适配体传感器（Aptasensors）备受关注，成为近年来的研究热点。适配体通过指数富集配体系统进化（SELEX）获得，具有特异性、可编程性等优势，可与酶催化反应联合，构建酶联适配体传感器，应用前景广阔。然而，相关研究集中于将适配体与新型材料结合以开发高灵敏度生物传感器，多局限于材料层面的改进，使得传感器性能存在固有局限；同时，复杂食品基质及实际检测环境可能影响适配体与靶标的结合及酶催化反应的信号转导，严重制约传感器的实际应用。在如此严苛条件下，设计高亲和力适配体探针、组装抗干扰的酶催化材料是实现可靠分析检测的关键。

针对上述问题，毛相朝教授团队从生命系统的进化智慧中汲取灵感，创新性地提出一种基于免疫启发的仿生策略。该策略模仿V(D)J重组机制，通过单链拓扑重构对适配体进行工程化改造（图1A），使适配体与靶标的结合亲和力最高可提升133.3倍。研究进一步利用适配体-靶标结合机制触发调控DNA纳米球-Cu(II) 复合纳米酶的自组装，有效地避免了传统的酶催化信号易受复杂体系干扰的问题，构建了基于适配体特异性识别与纳米酶催化信号放大的传感器。结合智能手机比色分析技术，该传感器可实现对虾、蟹、贝类等海洋食品中抗生素残留、生物毒素、重金属离子等多种微量污染物的高通量筛查，具备高准确度与pM级别的超低检测限，表现出广泛的检测能力（图1B）。该研究为适配体的工程化设计、适配体与纳米酶的联动机制建立提供了新思路，也为开发适用于海洋食品及生物制品质量检测实际场景的稳健型、仿生生物传感器开辟了新途径。

图1.免疫启发的高亲和力拓扑重构适配体设计及智能适配体传感器构建示意图。(A) 基于结构导向重组机制的适配体拓扑重构工程化策略。(B) 集成适配体特异性识别与DNA纳米球-Cu(II) 复合纳米酶催化信号放大机制的适配体传感器设计。

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，毛相朝教授与王赛教授为共同通讯作者，硕士研究生李楠为第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金、国家自然科学基金优秀青年科学基金等项目资助，是团队在海洋食品生物传感器研发领域取得的又一重要进展。