基于G-四链体-血红素和链式放大反应的基因检测传感器的构建

该文以特殊设计的DNA序列为捕获探针,以G-四链体-血红素复合物作为信号分子,利用链式反应实现目标DNA的灵敏检测。在目标DNA存在时,捕获探针与目标DNA相互识别,同时目标DNA能与辅助探针发生连续的链式反应,从而在电极表面引入大量G-四链体结构。血红素存在下,G-四链体可与血红素结合形成具有很强电化学信号的G-四链体-血红素复合物。用差分脉冲伏安法(DPV)扫描得到的电化学信号与体系中的目标DNA浓度存在对应关系,从而实现对目标DNA的检测。在各组分浓度最适的情况下,电流响应值与目标DNA浓度在0.01～10 pmol/L内具有良好的线性关系,检出限可达8 fmol/L。该传感器灵敏度高、特异性好,具有良好的应用前景。     

基于适配体和纳米金的石英晶体微天平传感器检测汞

利用石英晶体微天平(QCM)的高度灵敏性、适配体的特异性捕捉能力和纳米金的信号放大作用,构建了一种QCM生物传感器实现了对Hg~(2+)的检测。将Hg~(2+)适配体自组装于镀金的晶振片表面,作为捕获探针。将Hg~(2+)适配体修饰在纳米金表面,作为链接探针。当Hg~(2+)存在时,捕获探针与链接探针之间形成"T-Hg~(2+)-T"的三明治,使得晶振片上质量增加,从而引起其频率变化。在优化条件下,Hg~(2+)浓度在5~50 nmol/L范围内呈现出良好线性关系,检出限为2 nmol/L(n=10),pb~(2+),As~(3+)等重金属离子无明显干扰。     

基于G-四链体-氯化血红素DNA酶比色法测定银离子和汞离子传感器的构筑

利用G-四链体DNA(5′-CTGGGAGGGAGGGAGGGA-3′)与氯化血红素结合形成G-四链体-Hemin DNA酶,其能高效催化H_2O_2氧化反应底物由无色变为绿色,当溶液中有Ag~+或Hg~(2+)存在时会阻碍该DNA酶的形成,导致绿色溶液变浅。基于此,建立了比色法测定Ag~+和Hg~(2+)的传感器。在最佳实验条件下,溶液的吸光度与Ag~+和Hg~(2+)浓度分别在100.0～1 000.0 nmol/L和80.0～800.0 nmol/L范围内具有良好的线性关系,检出限(3δ/Slope)分别为55.9 nmol/L和64.3 nmol/L。该方法具有较好的选择性,采用该方法对实际样品进行测试,结果满意。     

适配体电化学传感器检测汞离子进展

适配体是一小段经体外筛选得到的寡核苷酸序列。适配体中的胸腺嘧啶(T)碱基可与Hg~(2+)形成比双链DNA更加稳定的T-Hg~(2+)-T结构。利用该性质结合电化学测量方法可制作检测Hg~(2+)的特异性强、灵敏度高的适配体电化学传感器,并建立微量Hg~(2+)的检测方法。该文对近年来发展的检测Hg~(2+)的适配体电化学传感器进行了综述和总结,对文献报道的几类传感器的构建过程和检测机理进行了详述,对检测方法的优缺点进行了分析。最后,对此类传感器今后的发展方向提出了展望,引用文献83篇。     

基于铜纳米线放大的汞离子高灵敏比色检测法

将滚环扩增技术与铜纳米线相结合进行信号放大,建立高选择性、高灵敏的汞离子比色检测新方法。以链霉亲和素修饰的磁珠为探针捕获和分离基质,将生物素修饰的引物链固定到其表面。汞离子存在时,模板链将通过T-Hg^2+-T作用与引物链结合。加入T4连接酶及DNA聚合酶引发滚环扩增反应形成超长单链DNA。与短单链DNA互补形成的长双链DNA可作为铜纳米线沉积模板,加入盐酸释放出大量铜离子催化底物氧化显色。在0.005~1.0 nmol/L范围,汞离子浓度与吸收信号呈良好线性关系,检出限低至3.7 pmol/L。     

利用对G-四链体环部的构型调节进行传感器的设计

对鸟嘌呤碱基G重复序列之间连接环结构对G-四链体形成的影响进行了研究。发现在连接环较长,DNA链不易形成G-四链体的情况下,可以通过将环序列设计成双链结构的方式促进G-四链体的重新形成。这就为传感器的设计提供了一个新途径,即可以利用目标分子对环部双链的调节作用控制G-四链体DNA酶的活性。为证明这一点,在双链区域引入T-T碱基错配,破坏双链结构使DNA链不能形成G-四链体。Hg2+对T-T错配的稳定作用可以促进双链结构的形成,DNA链重新折叠成G-四链体,得到的G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成具有过氧化物酶活性的G-四链体DNA酶,据此构建了Hg2+传感器。利用此传感器可在10~700 nmol/L范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为8.7 nmol/L。在此基础上,利用半胱氨酸可以将Hg2+从T-Hg2+-T碱基对上竞争下来的能力,设计了一种半胱氨酸的检测方法。此方法可以在20~600 nmol/L范围内实现半胱氨酸的定量检测,检出限为14 nmol/L。     

发夹式DNA探针检测水中汞

利用荧光染料双标记的DNA探针,实现了对水中Hg~(2+)的一步检测。实验中使用的DNA探针是富T结构的发夹式DNA探针链,若水样中不存在Hg~(2+),双标记的DNA探针两端的荧光染料Cy3与Cy5之间的距离很小,会发生荧光能量共振转移,Cy3的荧光发射强度降低;反之,Hg~(2+)会与DNA探针上的T碱基生成T-Hg~(2+)-T的稳定结构,使DNA链结构发生变化,同时Cy3,Cy5之间的距离变大,二者间的能量共振转移减弱甚至消失,Cy3的荧光发射强度回升。因此,通过Hg~(2+)的浓度与Cy3的荧光发射强度的变化的线性关系,可以实现Hg~(2+)的定量检测。     

基于Au@Ag核壳纳米材料的信号增强型电化学适配体传感器测定水体中Hg~(2+)

利用种子生长法合成Au@Ag核壳材料,并用透射电镜、紫外可见光谱对其进行表征,以其作为分子信标构建电化学适配体传感器,用以分析检测水体中的Hg~(2+)。通过T-Hg~(2+)-T化学结合作用,在电极表面聚集多个Au@Ag单元进行信号放大,实现对Hg~(2+)的高灵敏检测。在最优实验条件下,示差脉冲伏安法(DPV)实验结果表明,电流响应随Hg~(2+)浓度的增加而增加,并在0.5~50 nmol/L的范围内呈现良好线性相关性,该传感器对Hg~(2+)的检出限低至0.03 nmol/L。将此方法应用于检测实际水体中的Hg~(2+),其加标回收率为91.6%~110.3%。     

聚胸腺嘧啶单链DNA-CuNCs荧光增强法用于汞离子的高灵敏检测

基于Hg~(2+)与DNA中胸腺嘧啶(T)结合的高度特异性和DNA铜纳米簇的荧光增强性质,构建了一种简便、灵敏检测汞离子的新方法.当Hg~(2+)存在时,聚T单链DNA(P1)通过T-Hg~(2+)-T特异性结合形成双链DNA,Cu~(2+)经抗坏血酸钠还原后生成的中间体Cu+与双链DNA螺旋结构间的氢键部分有强的结合力,促使Cu0附着聚集在双链DNA上形成铜纳米簇,导致体系荧光增强,从而实现对汞离子的高灵敏检测.体系荧光强度与Hg~(2+)浓度的对数值成正比,对Hg~(2+)检测的线性范围为1.0 nmol/L~10μmol/L,检出限达0.4 nmol/L,对湖水样品中Hg~(2+)检测的回收率达到97.2%~106.6%.与传统方法相比,该方法具有无需标记、检出限低及选择性好等优点,可用于环境水体中汞离子的测定.     

DNA寡聚核苷酸链和免修饰纳米粒子体系的分析应用研究

DNA寡聚核苷酸链和免修饰纳米粒子体系越来越多地应用于分析化学中.其中,基于DNA寡聚核苷酸链和金纳米粒子(AuNPs)所构建的比色传感器引起了诸多研究兴趣.在这些体系中,DNA作为识别单元,不仅可以识别其互补链,而且可以识别一系列的目标物.金纳米粒子作为感应单元,具有依赖于粒子间距离的独特光学性质.依据这一原理,我们发展了一种简便的基于DNA和免修饰金纳米粒子检测Hg~(2+)的方法,主要利用单双链DNA与AuNPs间的不同作用和T-Hg~(2+)-T碱基配对理论,通过改变DNA双链中的T-T错配碱基数目,调控了传感器对Hg~(2+)检测范围.     

基于CRISPR-Cas12a与G-四链体构建免标记电化学生物传感器检测microRNA

CRISPR-Cas12a是一种功能强大且可编程的分子诊断技术。本文基于CRISPR-Cas12a的附属切割活性与G-四链体/氯化血红素（Hemin）复合物,设计了一个免标记电化学生物传感器,实现对miRNA的强特异性检测。靶标miRNA-21与双链DNA探针上的Toehold区域结合并发生链置换反应,置换出双链DNA探针中较短的DNA。置换下来的DNA可以有效地激活CRISPR-Cas12a的附属切割活性。随后,具有附属切割活性的Cas12a切割电极表面上形成G-四链体/Hemin的DNA序列,导致电流信号减弱。在最优条件下,电流信号强度变化与10～100 pmol/L范围内的miRNA-21浓度呈良好的线性关系,检出限为4.2 pmol/L。该电化学生物传感器能够实现对单个碱基突变的miRNA-21或其它miRNA序列特异性识别,并可用于人血清样本（10%）中miRNA-21的检测。     

汞离子功能核酸生物传感器的建立与应用

利用汞离子(Hg~(2+))特异性功能核酸对Hg~(2+)识别检测,其中模板主要包括与Hg~(2+)特异性结合的识别区、形成G四链体的富G区以及由聚六乙二醇(Spacer18)链接的隔断区;靶序列主要包括5'端配对区和3'端富T区。模板与靶序列只有在Hg~(2+)存在的条件下才能结合并引发延伸,进而使富G序列在模板上剥离下来,但由于Spacer18的隔断作用导致富G序列以单链形式存在,在特定环境下形成具有过氧化物模拟酶活性的G-四链体,催化H_2O_2与2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二胺盐(ABTS)发生肉眼可见的颜色变化,进而对Hg~(2+)进行定量测定。利用构建的Hg~(2+)功能核酸生物传感器,35 min内可完成检测,线性范围为20~500 nmol/L,检出限达到16.5 nmol/L(3σ)。实际水样中的加标回收率为98.5%~103.5%。本方法操作简单、成本低、耗时短,在应急处理、实时环境检测等方面具有良好的应用价值。     

基于核酸适配体功能化荧光氧化石墨烯的免标记“Turn-off”型Hg2+传感器研究

利用湿化学法制备出具有一定荧光性能的氧化石墨烯(GO)负载金纳米颗粒(AuNPs)复合材料(GO@AuNPs),并将巯基化单链富T核酸适配体(aptamer)结合在该复合材料的金纳米颗粒表面,形成aptamer功能化氧化石墨烯-金纳米颗粒复合物(aptamer-GO@AuNPs)。当汞离子存在时,由于7个T-Hg~(2+)-T结构的配位作用,aptamer折叠形成刚性的发夹状双链DNA结构,并使Hg~(2+)靠近石墨烯表面(少于1 nm),使得电子可沿着双链DNA通道从石墨烯转移到汞离子,从而猝灭氧化石墨烯的荧光,由此构建了一种基于石墨烯荧光猝灭的"turn-off"型荧光传感器。考察了多种因素对检测体系的影响,在最优实验条件下,此方法对Hg~(2+)的线性检测范围为0.5～80 nmol/L,检出限为0.3 nmol/L。应用于环境水体样品中Hg~(2+)的检测,加标回收率为96.0%～105%,相对标准偏差为1.4%～3.2%。该方法操作简单,有较强的抗干扰能力,灵敏度和选择性高,不需要标记,检测快速,可用于环境水体样品中Hg~(2+)的高灵敏检测。     

基于封闭链释放型磁性DNA分子机器的化学发光传感体系

以核酸外切酶Ⅲ(EXO Ⅲ)作为驱动力,构建了一种卸载封闭链激活DNAzyme的磁性DNA分子机器,用于化学发光传感分析。将含有富G序列的DNA固定在磁性微球上,并用封闭链封闭富G片段,当有目标DNA存在时,在EXO Ⅲ的作用下,目标DNA可以循环地将封闭链从磁性微球上卸载,使磁性微球表面生成G-四链体DNAzyme,催化产生化学发光,定量检测目标DNA。该DNA分子机器仅需30 min便可完成循环过程。通过紫外吸收、分子荧光、化学发光、聚丙烯酰胺凝胶电泳等方法验证了DNA分子机器的工作原理。最佳条件下,该分子机器检测DNA的线性范围为10～200 pmol/L,检出限3.2 pmol/L。该磁性DNA分子机器在低丰度DNA检测中具有良好的应用前景。     

血红素/G-四链体DNA酶的活性增强研究及其在生物传感器中的应用进展

血红素/G-四链体DNA酶是一类具有类过氧化物酶活性的DNA分子,因其具有出色的活性、易修饰性和可编程性,被广泛应用于生物传感器等领域。 本文先是简要介绍了G-四链体的结构,再主要综述了增强血红素/G-四链体DNA酶活性的策略及基于血红素/G-四链体DNA酶的生物传感器在生物标志物、微生物与生物毒素以及金属离子检测中的应用,并展望了血红素/G-四链体DNA酶的未来发展趋势。     

分子内裂分G-四链体脱氧核糖核酸酶用于Hg2+的特异性定量检测

G-四链体DNA酶是由核酸G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成的一种具有过氧化物酶活性的人工酶,利用这种DNA酶,可进行多种化学及生物传感器的设计。为提高G-四链体DNA酶类Hg2+传感器的选择性,本研究在传感器的设计过程中引入了分子内裂分G-四链体,即将形成G-四链体的富G序列拆分成两部分,分别放置在Hg2+探测序列的两端。在无Hg2+存在时,部分富G序列被包埋在某一分子内二倍体结构中,无法形成G-四链体。而在Hg2+存在下,Hg2+对T-T碱基错配的稳定能力可以促使Hg2+探测序列形成分子内二倍体结构,并伴随着原有分子间二倍体结构的破坏及分子内裂分G-四链体的生成。利用生成的裂分G-四链体与Hemin作用后检测体系酶活性的提高,实现Hg2+传感器的设计。利用该传感器,可在50～500 nmol/L及2.0～7.5μmol/L两个浓度范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为47 nmol/L。由于裂分G-四链体DNA酶的使用强化了传感器对Hg2+的依赖性,极大地提高了设计的Hg2+传感器的选择性。对实际水样的加标回收结果显示,回收率为97.5%～104.5%,证明此传感器可以满足实际水样中痕量Hg2+的分析要求。     

基于乙酰胆碱酯酶构建pH响应生物传感器用于Hg(Ⅱ)检测

以磁纳米颗粒和金纳米颗粒为载体,以核酸适配体和Hg~(2+)为生物识别单元,构建一种乙酰胆碱酯酶(AChE)联Hg~(2+)生物传感平台。分别对磁纳米颗粒进行适配体功能化,金纳米颗粒进行AChE修饰和适配体的功能化,通过目标物Hg~(2+)驱动富含碱基T的适配体形成T-Hg~(2+)-T结构,形成金-磁组装体,通过磁分离调控检测体系中AChE的浓度,AChE催化底物乙酰胆碱(ACh)水解引起反应体系的pH变化,从而实现目标物Hg~(2+)的定量检测。结果表明,方法检测范围为0.1～10 ng/mL,检出限为0.05 ng/mL。将该方法应用于自来水样品中Hg~(2+)的检测,当加标水平为0.1,1,10 ng/mL时,回收率为102.2%～113.2%,相对标准偏差为3.5%～4.1%。     

胸腺嘧啶修饰的Mn:ZnS量子点作为室温磷光传感器用于Hg~(2+)的检测

采用胸腺嘧啶修饰的Mn:ZnS量子点作为室温磷光传感器检测Hg~(2+)。量子点溶液在加入Hg~(2+)后,磷光强度迅速下降并在15 min内达到稳定。Hg~(2+)对量子点的磷光猝灭方式是动态猝灭与静态猝灭相结合,Hg~(2+)与量子点在激发态相互作用导致量子点动态猝灭,并且在静态猝灭过程中,Hg~(2+)和胸腺嘧啶在基态相互作用形成T-Hg~(2+)-T的发夹结构产生了不发光的络合物。在最优反应条件下,量子点的磷光强度随Hg~(2+)的浓度在2～18μmol/L范围内呈良好的线性关系(R~2=0.9992)。     

基于纳米石墨和单链脱氧核糖核酸混合物的荧光传感器对溶液中汞离子的检测

利用纳米石墨、单链脱氧核糖核酸开发了一个新型的荧光生物传感器并使用脱氧核糖核酸酶作为信号放大器对溶液中的汞离子进行检测。在最佳实验条件下,这种新型荧光生物传感器对汞离子的检出限达到0.5 nmol/L,比传统未经信号放大的传感器低20倍。得益于汞离子(Hg~(2+))可以结合两个胸腺嘧啶碱基(T)形成强力且稳定的T-Hg~(2+)-T复合结构(T-Hg~(2+)-T)的作用,该传感器对汞离子有着出色的选择性。此新型荧光生物传感器有望成为未来检测其他金属离子和生物分子的新工具。     

基于寡核苷酸链的汞离子荧光生物传感器

基于G-四链体结构和卟啉类化合物N-甲基卟啉二丙酸IX(NMM)结合产生强烈的荧光,利用T-Hg(Ⅱ)-T错配对汞离子(Hg2+)的特异性识别,建立了一种简单、灵敏、高效的Hg2+检测新方法.在富含鸟嘌呤(G)寡核苷酸链中,引入了大量胸腺嘧啶(T).在没有Hg2+存在时,可以自发形成G-四链体结构,与NMM结合产生强烈的荧光;在Hg2+存在时,可与另一条富含T序列的互补链通过T-Hg(Ⅱ)-T特异性结合,形成双链DNA分子,从而导致G-四链体结构不能产生.优化后最佳实验条件为:缓冲溶液的pH=6.7,20 mmol/LKCl,2.5 μmol/L NMM,反应时间为2h.在优化条件下,体系的荧光强度变化值与Hg2+浓度呈现良好的线性关系,线性范围为50～ 1000 nmol/L,检出限为22.8 nmol/L(30).此生物荧光传感器对Hg2+具有良好的选择性.实际水样中Hg2+的加标回收率为106.1％ ～ 107.8％,可以满足实际水样品中Hg2+的检测要求.