در مقاله ای که اخیراً در Journal of Agricultural and Food Chemistry منتشر شده است، روشی نوین به منظور سنجش کمّی اکراتوکسین (A)/ OTA ارائه شده است. این روش بر تغییر قطبیت سیگنال فوتوالکتروشیمیایی و استفاده از نانو ذرات سیلیکا مزوپور دندریتیک (DMSN) و بستر فوتوفعال SPE/HOF-101 مبتنی است. در این روش از مولکول های همین (Hemin) به عنوان مولکول های تولید کننده سیگنال و از آپتامرهای اختصاصی OTA برای اصلاح سطح DMSN به منظور کنترل رهایش مولکول های همین محصور شده در ساختار DMSN استفاده شده است.
اکراتوکسین A یک مایکوتوکسین است. این ترکیب سمی، توسط قارچ های رشته ای نظیر آسپرژیلوس اوکراسئوس (Aspergillus ochraceus)، آسپرژیلوس کربوناریوس (Aspergillus carbonarius) و پنی سیلیوم وروکوزوم (Penicillium verrucosum) تولید می شود. آلودگی محصولات کشاورزی به سم OTA ممکن است در مراحل کشت، انبارداری یا فرآوری محصول اتفاق بیوفتد و به این ترتیب امکان ورود سم به زنجیره غذایی انسان فراهم می شود. بنابراین سنجش کمّی و دقیق OTA در محصولات کشاورزی نظیر برگ چای از اهمیت بالایی برخوردار است. OTA از نظر ساختار شیمیایی یکی از مشتقات ایزوکومارین کلردار محسوب می شود که به آمینو اسید L- فنیل آلانین متصل شده است. این سم منجر به بروز سمیت کلیوی، سمیت کبدی و سمیت سیستم ایمنی در بدن انسان می شود و همچنین پتانسیل بالقوه ای برای سرطان زایی از خود نشان داده است. آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) اکراتوکسین A را در گروه 2B (احتمالاً سرطان زا برای انسان) طبقه بندی کرده است. این طبقه بندی نشان دهنده وجود شواهدی از سرطان زا بودن OTA و اهمیت اندازه گیری و کنترل مقدار آن از نظر خطرات احتمالی برای سلامت انسان است. OTA پایداری شیمیایی و حرارتی بالایی دارد. گروه های سمی موجود در ساختار OTA، طی فرآیندهای معمول حرارتی که روی مواد غذایی صورت می پذیرند، تخریب نمی شوند و حتی در دماهای بالاتر از 200 درجه سانتی گراد نیز می توانند پایدار باقی بمانند. این موضوع چالش اصلی در کنترل مقدار اکراتوکسین A در مواد غذایی محسوب می شود. بنابراین ارائه یک روش استاندارد، دقیق و کارآمد برای سنجش OTA، به منظور کاهش خطرات سلامتی ناشی از آلودگی مواد غذایی به این سم ضرورت دارد.
در این پژوهش، نانو ذرات سیلیکا مزوپور دندریتیک (DMSN) به دلیل دارا بودن ویژگی هایی نظیر آرایش بسیار منظم حفرات، امکان تنظیم اندازه حفرات و زیست سازگار بودن به عنوان حامل مولکول های تولید کننده سیگنال استفاده شده است. سطح DMSN با 3- آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (3- APTES) آمینه می شود. سپس آپتامرهای اختصاصی گونه مورد سنجش (OTA) از طریق برهمکنش الکتروستاتیک به صورت پایدار به سطح نانو ذرات سیلیکا آمینه شده متصل می شوند. به این ترتیب یک لایه مولکولی که حفرات نانو سیلیکا را پوشش می دهد و از خروج مولکول های همین محصور شده جلوگیری می کند، ایجاد می شود. حضور مولکول های OTA در محیط و اتصال آن ها به آپتامر های اختصاصی خود، منجر به تغییر شکل آپتامر و جدا شدن آن از سطح DMSN می شود. به این ترتیب مولکول های همین تحت شرایط کنترل شده از درون حفرات آزاد می شوند. در واقع آپتامرها به عنوان یک عامل کنترل دروازه (Gate control) یا دروازه بان (Gate keeper) ایفای نقش می نمایند.
به منظور تهیه یک بستر فوتوفعال پایدار با عملکرد بالا، الکترود چاپ صفحه ای (Screen Printed Electrode/SPE) با استفاده از یک نوع چارچوب آلی پیوند هیدروژنی (HOF) تحت عنوان HOF-101 اصلاح شده است (SPE/HOF-101). HOF-101 خصوصیات نوری و الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می دهد و بنابراین به منظور کاربرد در حسگرهای فوتوالکتروشیمیایی مبتنی بر تغییر قطبیت فوتوجریان، بسیار مناسب است. لازم به ذکر است که بین HOF-101 و مولکول های همین، برهمکنش π-π و پیوند هیدورژنی برقرار می شود (SPE/HOF-101/Hemin). این ساختار، انتقال الکترون در نتیجه تابش نور مرئی، طی مکانیسم Z-Scheme مستقیم را میسر می سازد.
لازم به ذکر است که استفاده از استراتژی تغییر قطبیت فوتوجریان و رهایش کنترل شده مولکول تولید کننده سیگنال، در این پژوهش، منجر به بهبود قابل توجه پارامترهایی نظیر انتخاب گری، حساسیت و تکرارپذیری سنجش شده است.
با توجه به مطالب مذکور، به منظور سنجش اوکراتوکسین A در نمونه های مختلف با استفاده از حسگر مذکور، رویکرد زیر دنبال شد.
نانوذرات سیلیکا مزوپور دندریتیک سنتز شدند (DMSN). سپس با استفاده از 3-APTES آمین دار شدند (DMSN-NH2). در مرحله بعد مولکول های همین درون حفرات DMSN-NH2 بارگذاری شدند (DMSN-NH2@hemin). سپس آپتامرهای اختصاصی OTA طی برهمکنش الکتروستاتیک به صورت پایدار به سطح DMSN-NH2@hemin متصل شدند (Apt-DMSN-NH2@hemin). در نتیجه حضور مولکول های OTA و اتصال آن ها به آپتامرهای اختصاصی خود در سطح Apt-DMSN-NH2@hemin، تغییر شکل آپتامرها و جدا شدن آن ها از سطح نانو ذرات سیلیکا اتفاق می افتد. به این ترتیب مولکول های همین از درون حفرات آزاد می شوند و پس از رسیدن به سطح الکترود SPE/HOF-101، هتروساختار طرح Z، HOF-101/Hemin ایجاد می شود. با حضور مولکول های همین در سطح الکترود SPE/HOF-101، تابش نور مرئی، منجر به تغییر قطبیت فوتو جریان از کاتدی به آندی می شود. بر اساس آزمایش های صورت پذیرفته، بزرگی فوتوجریان آندی با غلظت OTA رابطه خطی مستقیم دارد. به این ترتیب پس به دست آمدن نمودار کالیبراسیون برای بزرگی فوتوجریان آندی به ازای لگاریتم غلظت OTA، امکان سنجش غلظت اوکراتوکسین A در نمونه های مختلف فراهم می گردد.
Xiao, K., Huang, S., Sun, J., Liu, Z. and Meng, L., 2026. Polarity-Switching Photoelectrochemical Detection of Ochratoxin A Based on Target-Responsive Dendritic Mesoporous Silica Nanoparticle and Z-Scheme Hemin/HOF-101 Heterostructure. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 74(6), pp.5696-5705.
J. Agric. Food Chem. (2026) 47 (6): 5696-5705
