PEC-SERS Dual-Mode Detection of Foodborne Pathogens Based on Binding-Induced DNA Walker and C3N4/MXene-Au NPs Accelerator

化学 检出限 生物传感器 表面等离子共振 纳米片 拉曼散射 纳米颗粒 亚甲蓝 纳米技术 胶体金 DNA 拉曼光谱 光电子学 光催化 材料科学 色谱法 光学 生物化学 有机化学 催化作用 物理
作者
Fanglei Liu,Jian Zhao,Xinyu Liu,Xi Zhang,Qiumei Feng,Yingqiu Gu,Guohai Yang,Lulu Qu,Jun‐Jie Zhu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (38): 14297-14307 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c02529
摘要

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.
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