Nghiên cứu cơ chế tương tác giữa Aflatoxin B1 và các cluster vàng Au (n = 2 – 6) bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ

Nguyễn Thị Thúy Hằng1, Nguyễn Thị Thu Trâm2, Nguyễn Thị Diễm Kiều1, Phan Hữu Nghĩa3, Phạm Vũ Nhật4,
1 Khoa Hóa học, Trường Khoa học Tự nhiên, Đại học Cần Thơ, Việt Nam
2 Khoa Khoa học Cơ bản, Trường Đại học Y Dược Cần Thơ, Việt Nam
3 Khoa Khoa học Sức khỏe, Trường Khoa học Tự Nhiên, Đại học Cần Thơ, Việt Nam
4 Đại học Cần Thơ

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) được sử dụng để làm sáng tỏ cơ chế tương tác giữa độc tố Aflatoxin B1 (AFB1) và các cluster vàng Aun (n = 2 – 6). Các tính toán năng lượng và phân tích đặc trưng điện tử được thực hiện với phiếm hàm PBE kết hợp bộ cơ sở cc-pVDZ-PP cho vàng và cc-pVTZ cho các nguyên tử phi kim. Để mô phỏng ảnh hưởng của dung môi nước, mô hình IEF-PCM được áp dụng song song với các tính toán trong pha khí. Kết quả cho thấy AFB1 hấp phụ lên Aun (n = 2 – 6) thông qua nguyên tử oxygen, với năng lượng hấp phụ âm trong cả hai môi trường, chứng tỏ quá trình hấp phụ diễn ra tự phát. Tương tác này dẫn đến sự suy giảm đáng kể năng lượng vùng cấm ( ) của hệ, gợi mở tiềm năng ứng dụng trong cảm biến điện hóa phát hiện AFB1. Bên cạnh đó, phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) của phức hợp AunAFB1 thể hiện những biến đổi rõ rệt so với phân tử tự do, tạo cơ sở cho khả năng nhận diện chọn lọc AFB1 bởi hạt nano vàng. Nghiên cứu này cung cấp thông tin định lượng về đặc điểm tương tác giữa AFB1 và cluster vàng, đồng thời đề xuất tiềm năng ứng dụng trong phát triển cảm biến sinh học phục vụ giám sát an toàn thực phẩm.

Chi tiết bài viết

Tài liệu tham khảo

Antoine, R., Maysinger, D., Sancey, L., & Bonačić-Koutecký, V. (2022). Open questions on proteins interacting with nanoclusters. Communications Chemistry, 5(1), 47. https://doi.org/10.1038/s42004-022-00665-9
Cao, H., Liang, D., Tang, K., Sun, Y., Xu, Y., & Miao, M. (2024). SERS and MRS signals engineered dual-mode aptasensor for simultaneous distinguishment of aflatoxin subtypes. Journal of Hazardous Materials, 462, 132810. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132810
Chen, P., Jiang, C., Wang, Z., Lian, H.-Z., & Ma, X. (2024). 3D plasmonic SERS aptasensor for rapid detection of aflatoxin B1 combined with Au@Ag bimetallic nanostars and Fe₃O₄@MoS₂ magnetic nanoflowers. Microchemical Journal, 196. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2437251/v2
Danesh, N. M., Bostan, H. B., Abnous, K., Ramezani, M., Youssefi, K., & Taghdisi, S. M. (2018). Ultrasensitive detection of aflatoxin B1 and its major metabolite aflatoxin M1 using aptasensors: A review. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 99, 117–128. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.12.009
Du, X., & Jin, R. (2019). Atomically precise metal nanoclusters for catalysis. ACS Nano, 13(7), 7383–7387. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04533
Ebanks, F., Nasrallah, H., Garant, T. M., McConnell, E. M., & DeRosa, M. C. (2023). Colorimetric detection of aflatoxins B1 and M1 using aptamers and gold and silver nanoparticles. Advanced Agrochemistry, 2(3), 221–230. https://doi.org/10.1016/j.aac.2023.07.003
Frisch, M. J., Trucks, G. W., Schlegel, H. B., Scuseria, G. E., Robb, M. A., Cheeseman, J. R., et al.. (2016). Gaussian 16, Revision B.01. Gaussian, Inc.
Gacem, M. A., & Ould El Hadj-Khelil, A. (2016). Toxicology, biosynthesis, bio-control of aflatoxin and new methods of detection. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 6(9), 808–814. https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2016.07.012
Gallo, M., Ferrara, L., Calogero, A., Montesano, D., & Naviglio, D. (2020). Relationships between food and diseases: What to know to ensure food safety. Food Research International, 137, 109414. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109414
Gonzàlez-Rosell, A., Cerretani, C., Mastracco, P., Vosch, T., & Copp, S. M. (2021). Structure and luminescence of DNA-templated silver clusters. Nanoscale Advances, 3(5), 1230–1260. https://doi.org/10.1039/d0na01005g
Goswami, N., Zheng, K., & Xie, J. (2014). Bio-NCs—The marriage of ultrasmall metal nanoclusters with biomolecules. Nanoscale, 6(22), 13328–13347. https://doi.org/10.1039/C4NR04561K
Hu, L.-L., Chen, S., Shen, M.-Y., Huang, Q.-Y., Li, H.-G., Sun, S.-C., et al. (2023). Aflatoxin B1 impairs porcine oocyte quality via disturbing intracellular membrane system and ATP production. Ecotoxicology and Environmental Safety, 263, 115213. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115213
Jalalian, S. H., Lavaee, P., Ramezani, M., Danesh, N. M., Alibolandi, M., & Abnous, K. (2021). An optical aptasensor for aflatoxin M1 detection based on target-induced protection of gold nanoparticles against salt-induced aggregation and silica nanoparticles. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 246, 119062. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119062
Lian, S., Li, X., & Lv, X. (2024). Density functional theory study on the interaction between aflatoxin B1/M1 and gold substrate. Langmuir, 40(3), 1804–1816. https://doi.org/10.2139/ssrn.4560756
Liu, S., Deng, H., Deng, X., Sun, S., Xiong, Y., & Li, W. (2024). A label-free fluorescence sensing strategy based on gold nanoparticles assisted copper nanoclusters for the detection of aflatoxin B1 in cereals and peanuts. Journal of Food Composition and Analysis, 135, 106573. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2024.106573
Lv, X., Liu, Y., Qin, Z., Jiang, Z., & Wen, G. (2024). A novel highly active AgMOF-based silver single-atom catalyst and its application to the aptamer SERS/RRS for the determination of aflatoxin B1. Talanta, 269, 125419. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.125419
Monson, M., Coulombe, R., & Reed, K. (2015). Aflatoxicosis: Lessons from toxicity and responses to aflatoxin B1 in poultry. Agriculture, 5(3), 742–777. https://doi.org/10.3390/agriculture5030742
Piacenza, E., Presentato, A., & Turner, R. J. (2018). Stability of biogenic metal(loid) nanomaterials related to the colloidal stabilization theory of chemical nanostructures. Critical Reviews in Biotechnology, 38(8), 1137–1156. https://doi.org/10.1080/07388551.2018.1440525
Vijaya Kumar, V. (2018). Aflatoxins: Properties, toxicity and detoxification. Nutrition & Food Science International Journal, 6(5). https://doi.org/10.19080/NFSIJ.2018.06.555696
Wang, H.-S. (2017). Metal–organic frameworks for biosensing and bioimaging applications. Coordination Chemistry Reviews, 349, 139–155. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2017.08.015
Wang, H., Liu, M., Zhang, Y., Zhao, H., Lu, W., & Lin, T. (2022). Rapid detection of Aspergillus flavus and quantitative determination of aflatoxin B₁ in grain crops using a portable Raman spectrometer combined with colloidal Au nanoparticles. Molecules, 27(16). https://doi.org/10.3390/molecules27165280
Yi, K., Fan, Z., Ran, Q., Jia, K., Liu, X., & Wang, L. (2023). Scalable fabrication of silver-covered polyurethane nanofibers as flexible SERS nanosensors for aflatoxin detection. Talanta, 263, 124636. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124636
Zhao, W., Ma, X., Yan, H., Zhang, L., Shi, W., & Zhou, Y. (2024). Aspergillus flavus and aflatoxins control in long-term storage of food ingredients of Puerh tea, peanut and polished rice. Food Chemistry, Article 140805. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140805