Real-time detection of ochratoxin A in wine through insight of aptamer conformation in conjunction with graphene field-effect transistor

堆积 适体 赭曲霉毒素A 真菌毒素 分析物 检出限 纳米技术 石墨烯 生物传感器 化学 材料科学 色谱法 有机化学 食品科学 遗传学 生物
作者
Nikita Nekrasov,Stefan Jarić,Dmitry Kireev,Aleksei V. Emelianov,А. В. Орлов,Ivana Gadjanski,Petr I. Nikitin,Deji Akinwande,Ivan Bobrinetskiy
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier]
卷期号:200: 113890-113890 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.bios.2021.113890
摘要

Mycotoxins comprise a frequent type of toxins present in food and feed. The problem of mycotoxin contamination has been recently aggravated due to the increased complexity of the farm-to-fork chains, resulting in negative effects on human and animal health and, consequently, economics. The easy-to-use, on-site, on-demand, and rapid monitoring of mycotoxins in food/feed is highly desired. In this work, we report on an advanced mycotoxin biosensor based on an array of graphene field-effect transistors integrated on a single silicon chip. A specifically designed aptamer against ochratoxin A (OTA) was used as a recognition element, where it was covalently attached to graphene surface via pyrenebutanoic acid, succinimidyl ester (PBASE) chemistry. Namely, an electric field stimulation was used to promote more efficient π-π stacking of PBASE to graphene. The specific G-rich aptamer strand suggest its π-π stacking on graphene in free-standing regime and reconfiguration in G-quadruplex during binding an OTA molecule. This realistic behavior of the aptamer is sensitive to the ionic strength of the analyte solution, demonstrating a 10-fold increase in sensitivity at low ionic strengths. The graphene-aptamer sensors reported here demonstrate fast assay with the lowest detection limit of 1.4 pM for OTA within a response time as low as 10 s, which is more than 30 times faster compared to any other reported aptamer-based methods for mycotoxin detection. The sensors hold comparable performance when operated in real-time within a complex matrix of wine without additional time-consuming pre-treatment.
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