核酸适配体生物传感器在农残检测中的研究进展EI北大核心CSCD

由于核酸适配体具有特异性强、亲和力高、制备方便、易修饰、稳定性好、目标物多样性等特点,基于适配体的传感器研究工作一直是广大科研工作者的研究热点。相较于具有特异性识别的生物酶的使用,核酸适配体在农药残留检测中的应用正在发展中,具有广阔的前景。本文主要介绍近两年来核酸适配体生物传感器在农药分子检测领域的相关进展。     

核酸适配体传感器在黄曲霉毒素B1检测中应用研究进展北大核心CSCD

核酸适配体作为一种新型识别分子,具有亲和力高、稳定性强、制备成本低、特异性强等优点,但其自身不具有信号转换功能,它与靶标分子特异性结合过程,不可产生被检测的物理化学信号。因此,需将核酸适配体与靶标分子特异性识别结合过程转为易于被检测的物理化学信号变化的过程。根据信号转换方式的不同,可将适配体生物传感器分为荧光适配体传感器、比色适配体传感器、电化学适配体传感器和表面拉曼散射适配体传感器。本文对基于以上4种检测信号的核酸适配体生物传感器在黄曲霉毒素(AFB1)检测方面的应用进行综述,并概述该类传感器应用前景和当前面临的挑战。     

纳米金-核酸适配体快速可视化检测药材中4种有机磷农药的方法研究

建立了一种基于金纳米粒子-核酸适配体的可视化纳米生物传感器检测中药材中有机磷的方法。选用可与有机磷农药特异性结合的广谱适配体作为识别元件,以纳米金为信号转导元件,在纳米金粒子表面修饰有机磷适配体,构建出能够检测甲拌磷、氧化乐果、丙溴磷、水胺硫磷4种有机磷农药的适配体传感器,并将其用于中药材中4种有机磷农药的检测。结果显示,当4种有机磷残留总量超过1 000μg/L时,溶液体系由红色变为蓝色,可达到肉眼快速检测的效果。该方法操作简单、特异性好、检测结果直观,适用于中药材中4种有机磷农药的现场快速检测。     

基于碳点的适配体荧光传感器检测农药乐果

构建了一种基于核酸适配体调控碳点荧光强度的农药乐果适配体荧光传感器。在乐果存在下,适配体SS24-S-35可改变纳米银(AgNPs)对柠檬酸-乙二胺碳点荧光的猝灭作用,且碳点的荧光猝灭程度与乐果浓度成正比,由此建立了一种乐果的适配体荧光检测方法。对荧光猝灭机制进行了探讨,对碳点种类、AgNPs浓度等影响因素进行了考察。在最优条件下,检测乐果的线性范围为6～200μg/L (R²=0.984),检出限为2.24μg/L (3σ/S)。此传感器特异性良好,其它农药对乐果的检测无明显干扰。将此适配体荧光传感器应用于实际农产品中乐果农药检测,回收率为85.1%～105.0%,表明在农药残留检测中具有潜在应用价值。     

利用互补核酸杂交富集金胶实现信号扩增的电化学凝血酶蛋白生物传感器研究

介绍了一种利用互补核酸杂交富集金胶实现信号扩增的蛋白质生物传感器. 以凝血酶蛋白为研究对象, 利用凝血酶蛋白相对应的两段核酸适配体, 将适配体Ⅰ固定在磁性颗粒上, 用于特异性地捕获蛋白, 将适配体Ⅱ标记金胶作为检测信标. 由凝血酶蛋白和相对应的两段核酸适配体构建三明治结构的凝血酶蛋白生物传感器. 另外, 再通过信标金胶上过剩的核酸适配体链与另一段标记有金胶的互补核酸进一步杂交, 获得金胶的选择性聚集, 实现了信号扩增. 通过信号扩增, 使此传感器的灵敏度大大提高, 对凝血酶蛋白的检测下限可达到4.52×10-15 mol/L. 平行测定浓度为7.47×10-14 mol/L的凝血酶8次, 其RSD为3.0%. 该生物传感器对凝血酶蛋白有很好的特异性, 其它蛋白如溶菌酶和牛血清白蛋白的存在对于检测没有影响.     

胃腺癌核酸适配体的筛选与特异性研究

核酸适配体可作为分子探针应用于胃腺癌的早期诊断和治疗,具有广泛应用前景。本实验利用Serum-SELEX（Ser-SELEX）技术筛选胃腺癌核酸适配体。通过对候选适配体二级结构分析,其二级结构多为茎环结构。圆二色谱分析显示,7条候选核酸适配体呈右手螺旋特征。通过荧光定量核酸扩增检测系统（q-PCR）检测了候选核酸适配体对胃腺癌靶标的亲和力,表明候选核酸适配体浓度梯度与Ct值均呈正相关,亲和力常数为纳摩尔级别。利用q-PCR法、量子点法验证了候选核酸适配体识别靶标的特异性,结果均显示Apt-101对靶标亲和力更高,特异性更强,Apt-101的平衡解离常数（K_d值）为6.444±1.128nmol/L,特异性检测阳性率大于70%。     

与草甘膦特异结合的核酸适配体筛选及应用

通过体外指数富集配体系统进化(SELEX)技术,筛选靶向草甘膦核酸适配体A08。使用酶联寡核苷酸测定法(ELONA)和斑点印迹确认草甘膦核酸适配体A08与草甘膦的特异性,未观察到非特异性。基于ELONA平台,草甘膦检测限为4 ng/μL。圆二色谱(CD)实验表明,草甘膦核酸适配体A08形成茎环和分子内G-四链体,可以稳定存在于结合的磷酸盐缓冲溶液中。此外,亲和力实验显示草甘膦与核酸适配体之间具有强的结合力,解离常数(K_d)为38.38±9.094 nmol/L。基于草甘膦核酸适配体A08的ELONA法测定的准确性在真正的草甘膦样品中得到证实。获得的草甘膦核酸适配体A08为制备检测草甘膦试剂盒奠定了坚实的基础。     

基于核酸适配体的甲胎蛋白生物传感器研究进展

甲胎蛋白（AFP）与肝癌及多种肿瘤的发生发展密切相关,临床上已作为原发性肝癌的血清标志物,用于原发性肝癌的诊断及疗效检测。近年来,随着分子生物技术的进步,基于AFP核酸适配体的生物传感器不断涌现,取得了一些检测方法的新突破。本文综述了基于核酸适配体的AFP生物传感器分析方法的开发与应用情况,为开发新的高灵敏度、高选择性和高特异性AFP分析方法提供参考。     

核酸适配体荧光探针在生化分析和生物成像中的研究进展

核酸适配体是指通过体外筛选技术从核酸文库中筛选出来,能够高特异性、高亲和力识别靶标物的寡核苷酸序列,具有靶标类型广泛、合成简单、相对分子质量小、化学稳定性高、易于进行生物化学修饰等优点。 核酸适配体能够通过折叠成特定的二维或三维构型与靶标物特异性结合,加上合适的信号转导机制,为重要靶标物的研究提供理想的分子识别与分子检测探针。 荧光检测技术具有高灵敏、高分辨率、易于实现多元分析等优点。 将核酸适配体的分子识别特性与荧光优异的光学检测性能相结合,在生命科学研究领域有着广泛的应用空间。 本文主要综述了核酸适配体荧光探针常见的分子设计和信号响应方式,及其在细胞成像、亚细胞成像中的应用研究,并对核酸适配体探针目前面临的一些挑战进行了讨论,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

功能核酸在病原体检测中的应用

核酸(DNA和RNA)除了作为遗传信息的载体外,还具有催化反应和特异性识别等功能,因此被广泛应用于分析化学和生物检测中.本文系统阐述了本课题组近年来利用功能核酸检测病原微生物的主要研究成果,着重介绍了针对病原微生物的特异性脱氧核糖核酸酶(DNAzyme)和适配体(aptamer)的筛选、基于功能核酸的生物传感器与检测方法的开发、以及功能核酸在快速检测SARS-CoV-2方面取得的进展,并在此基础上提出并展望了未来研究中的挑战.     

光学适配体传感器检测赭曲霉毒素A的研究进展

赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)是真菌产生的次级代谢产物,性质稳定,不易去除,人体摄入后将产生严重的健康危害。数十年来,核酸适配体不断发展,成为生物传感器的重要识别元件之一,适体传感器被广泛用于生物、医药、疾病等分析检测。本文总结了用于检测OTA的经典方法和基于核酸适配体的生物传感器方法,并主要从光学适配体传感器方面阐述了近年用于检测赭曲霉毒素A的适配体传感器,并对其进行了总结和展望。     

基于核酸适配体和纳米材料的凝血酶蛋白特异性识别电化学生物传感器

介绍了一种结合核酸适配体技术和纳米技术,以凝血酶蛋白为研究对象的高效、高灵敏、特异性识别蛋白质的电化学生物传感器. 利用金纳米颗粒标记的核酸适配体以及被固定在磁性纳米颗粒上的核酸适配体与凝血酶蛋白同时结合形成磁性颗粒/凝血酶/纳米金胶的三明治结构, 利用磁性分离, 将金胶纳米颗粒特异性地吸着到电极表面, 通过检测电极上金胶的电化学信号, 实现对凝血酶靶蛋白的检测. 这种生物传感器对凝血酶蛋白具有很高的特异性识别能力, 其检测不受其他蛋白质如牛血清白蛋白等存在的干扰, 可应用于实际血浆中凝血酶的检测. 由于利用磁性纳米颗粒使得分离、富集和测定在同一个自制的电化学反应池中进行, 其操作不仅简单, 而且检测的灵敏度得到提高. 该蛋白质生物传感器的线性范围为5.6×10^-12 ~ 1.12×10^-9 mol/L, 检测限可以达到1.42×10^-12 mol/L.     

基于核酸适配体的生物标志物检测方法研究进展

核酸适配体是指能与特定靶分子结合的寡核苷酸链。因其具有易修饰、易合成和低免疫原性等特点,作为生物传感器的靶向元件,已广泛应用于各种生物标志物检测技术中。本文综述了近年来基于核酸适配体的生物标志物的检测技术在癌症、心血管疾病、阿尔兹海默症、抑郁症等多个疾病领域的诊断研究进展,列举核酸适配体新兴技术的创新应用,以期为生物标志物的检测提供新思路,也有望为相关疾病的早期诊断和治疗提供参考。     

基于Ru(bpy)32+-SiO2纳米颗粒的核酸适配体传感器对凝血酶的电致化学发光检测

本文应用核酸适配体构建了一种新型的电致化学发光检测蛋白体系。两个核酸适配体结合凝血酶的两个不同位点,利用这两核酸适配体与凝血酶的高亲和力构建三明治传感体系检测凝血酶。一个核酸适配体固定在金电极上用来捕获凝血酶,另一个标记有包裹电致化学发光活性物Ru(bpy)₃²⁺的二氧化硅纳米颗粒,用来检测电致化学发光信号。此核酸适配体传感器对凝血酶具有特异识别性,电致化学发光信号与凝血酶的浓度直接相关,非特异性识别的牛血红蛋白、牛血清白蛋白不干扰测定。由于在检测的核酸适配体上标记的纳米颗粒包裹有多个发光活性物,因此大大提高了发光效率和灵敏度,此法对凝血酶的线性响应范围为2.0 fmol•L^-1～2.0 pmol•L^-1,检测限可达1.0 fmol•L^-1。     

细菌的核酸适配体筛选的研究进展

核酸适配体(aptamer)是通过指数富集配体系统进化技术(SELEX)筛选的能够以高亲和力和高特异性识别靶标分子或细胞的核糖核酸(RNA)和单链脱氧核糖核酸(ssDNA)。作为化学抗体,核酸适配体的制备和合成比抗体的成本更低。核酸适配体的靶标范围极其广泛,包括小分子、生物大分子、细菌和细胞等。针对细菌靶标筛选的适配体,目前主要应用于食品、医药和环境中的细菌检测。细菌的核酸适配体筛选可以通过离心法将菌体-适配体复合物与游离的适配体分离,并通过荧光成像、荧光光谱分析、流式细胞仪分选、DNA捕获元件、酶联适配体分析等方法表征适配体与靶标的相互作用。筛选出的适配体可结合生物、化学检测方法用于细菌检测。本文介绍了细菌适配体的筛选和表征方法以及基于适配体的检测方法的最新进展,分析了不同检测方法的利弊,并列出了2011~2015年筛选的细菌的核酸适配体。     

引言

核酸适配体特指具有分子识别功能的短序列的单链核酸,也被称为"化学抗体"。它既有可与抗体相当的亲和力和特异性,又有明显优于抗体的特点:可通过化学合成制备,无需动物免疫,成本低;分子性质稳定,能可逆变性与复性,易储存运输;分子量小,易穿过细胞膜,免疫原性低,无明显的毒副作用;靶标范围广泛,包括金属离子、小分子、蛋白质、细胞和微生物等。Web of Science数据库显示,仅2010年以来就有超过5300篇核酸适配体论文发表,涉及生物医学、分子生物学、化学生物学、分析化学、材料化学、物理学、数学等学科领域。核酸适配体研究具有交叉学科特色,与核酸适配体应用相关的食品、环境和生物分析检测,以及核酸适配体在疾病诊断和治疗、药物研发和分子成像领域的应用潜力正吸引多学科领域研究者的广泛关注。我国学者在核酸适配体研究领域取得大量处于世界前列的研究成果。2009年以来,约300个核酸适配体相关项目获国家重大研究计划以及国家自然科学基金资助。近3年来,在生物、医学、中医药、环境和食品安全检测领域的核酸适配体相关应用研究也在快速增加。 纵观核酸适配体25年的发展,已报道的靶标超过500种,筛选出的核酸适配体超过2300种。但大量的研究和应用主要集中于一些常见的靶标和特定的核酸适配体。令人满意的具有实际应用价值的核酸适配体数目还非常有限。研究者普遍的共识是,核酸适配体的筛选过程复杂,筛选效率低,且缺少标准化的方法表征适配体的功能,这是目前制约核酸适配体广泛应用的两个瓶颈。     

基于核酸适配体和纳米粒子的光学探针

核酸适配体(aptamer)是一类通过指数富集的配体系统进化技术(SELEX)经体外筛选得到的单链DNA或RNA。核酸适配体借自身形成的空间结构与靶标分子特异性结合,具有靶分子广、亲和力高、特异性强、易改造修饰等特点,因而在生命科学、临床诊断、药物发现和环境科学等方面得以广泛应用。近年来,核酸适配体与纳米技术结合,并利用纳米材料在光学、磁学、电学、化学及生物学方面表现出的特殊性质,实现了对靶标分子高灵敏度、高选择性、简便快速的识别与检测。本文评述了基于核酸适配体-纳米粒子特性的光学探针在生物大分子、金属离子和有机小分子检测等领域的应用现状与发展趋势,主要包括比色法、荧光光谱法、表面增强拉曼光谱法等。     

金属有机骨架材料-核酸适配体荧光法检测沙门氏菌

基于金属有机骨架材料(Uio-66-NH2)的荧光猝灭特性以及对核酸适配体的吸附性,结合核酸适配体的高亲和力与高特异性识别能力,构建了针对沙门氏菌检测的荧光生物传感器,当有荧光素修饰的沙门氏菌、适配体被材料吸附到表面时,由于材料诱导电子转移猝灭了荧光素的荧光,若溶液中存在沙门氏菌,则沙门氏菌与其适配体特异性结合后从材料表面脱附,材料与荧光素之间的电子转移过程被切断,荧光素的荧光恢复。基于此原理构建的荧光传感器的信号与沙门氏菌浓度的对数在101~105cfu/m L范围内呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)为7 cfu/m L,将该方法用于虾肉样品中沙门氏菌的检测,加标回收率为90.0%~108.0%,该传感器对沙门氏菌有较好的选择性与灵敏度。     

一种超灵敏检测镉离子的核酸适配体电化学传感器

设计了一种基于核酸适配体检测镉离子(Cd²⁺)的电化学生物传感器,将适配体互补链(CDNA)通过AuS键自组装于金电极表面,并与适配体杂交结合形成双链DNA。由于适配体对Cd²⁺有特异性结合能力,加入Cd²⁺后,与互补链竞争结合适配体,使修饰二茂铁基团的适配体从金电极表面脱落,二茂铁的电化学信号显著减小。采用方波伏安法(SWV)进行检测,本传感器对Cd²⁺的线性检测范围为1.0 nmol/L～10.0μmol/L,检出限为65.1 pmol/L,线性方程为ΔI=0.2872+0.2327lgC(R²=0.9972), 10 s内即可完成检测。实际江水样品中Cd²⁺的检测结果与石墨炉原子吸收光谱法的检测结果一致,加标回收率为97.1%～99.5%。本方法灵敏度高、检测速度快、特异性强,在镉环境污染监测方面具有良好的应用前景。     

基于核酸适配体快速可视化检测大田软海绵酸

基于核酸适配体对大田软海绵酸(OA)的特异性靶向功能及核酸适配体对纳米金(AuNPs)聚集特性的影响,构建了以未修饰的核酸适配体为检测探针的定量可视化检测体系。通过分子对接,阐明了所用适配体的活性口袋结构及关键结合位点碱基序列。加入目标物OA后,适配体与其特异性结合,AuNPs失去吸附的适配体而在盐的作用下聚集变色。对NaCl浓度、核酸适配体浓度、Mg2+浓度等条件进行了优化。在最优的条件下,15 min即可快速检出OA,体系吸光度比值(A650/A520)与OA浓度在0～1.4 ng/mL范围内呈线性关系(y=0.5073x+0.2024,R2=0.993),检出限(LOD)为35 pg/mL (S/N=3)。方法可作为高通量筛查OA样品的快速检测方法。