基于共振能量转移的生物传感器在食品安全检测中的应用研究进展

共振能量转移(Resonance energy transfer,RET)是一种发生在供体和受体之间的非辐射能量转移过程。RET的能量转移效率对供体和受体间的距离变化非常敏感,可被用于开发新型的光学生物传感器。与传统光学生物传感器相比,基于RET的生物传感器无需洗涤及分离过量标记物等步骤,可大幅简化检测流程。因RET具有灵敏度高、操作简便及速度快等优点,近年来,在医学诊断、生命科学研究、环境监控以及食品安全检测等领域备受关注。该文根据能量供体的不同,将RET分为3种类型：荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)、生物发光共振能量转移(Bioluminescence resonance energy transfer,BRET)和化学发光共振能量转移(Chemiluminescence resonance energy transfer,CRET)。并分别对基于上述3种RET类型的生物传感器在食品安全检测中的应用研究进展进行了综述,同时对其应用前景和发展趋势进行了展望。     

荧光共振能量转移技术在生物分析中的应用

对荧光共振能量转移技术及其应用较全面的综述，介绍了Ｆｏｅｒｓｔｅｒ原理，ＦＲＥＴ实验技术，及其在生物大分子结构与功能研究，免疫分析和核酸杂交分析等几方面的应用，并对其将来的发展作出一些评价与展望。     

基于荧光共振能量转移的核酸适配体传感器检测环丙沙星

建立了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的核酸适配体传感器,并用于检测实际水体和牛奶中的环丙沙星（CIP）。为了防止羧基荧光素（FAM）被CIP猝灭,FAM和四甲基罗丹明（TAMRA）分别标记在互补单链DNA(FAM-cDNA)和适配体（TAMRA-APT）,通过DNA杂交发生FRET, TAMRA有效猝灭FAM的荧光。CIP加入后,其与FAM-cDNA发生亲和力竞争反应,CIP与TAMRA-APT形成结构更稳定的CIP/TAMRA-APT复合物,使体系FAM的荧光恢复。在优化条件下,本方法对CIP表现出高灵敏度和高选择性,检测浓度线性范围为0.01～1μmol/L,检出限为6 nmol/L;对实际水样和牛奶的加标回收率为90.4%～113.2%,相对标准偏差为1.8%～11%。该荧光适配体传感器具有成本低、灵敏度高、特异性好等优点,在环境中CIP残留快速检测方面具有良好的应用潜力。     

量子点的荧光共振能量转移在生物分析中的应用

量子点良好的光谱特性和自身优点,使其可以作为生物荧光探针,而替代传统荧光染料。近年来这方面的研究已经取得了一定的进展。目前,量子点在共振能量转移方面的研究,进一步扩展了它在生物分析中的应用。介绍了量子点基于共振能量转移原理在生物分析中的应用,即利用量子点设计的两种类的蛋白-蛋白特异性结合分析和3种生物传感器的模型设计。     

基于g-CNQDs的荧光共振能量转移法检测银离子

以尿素和柠檬酸钠为原料,采用低温固态法制备了催化相碳氮量子点(g-CNQDs),构建了基于g-CNQDs的荧光共振能量转移体系(FRET)。Ag⁺通过与胞嘧啶(C)形成C-Ag⁺-C复合物诱导3’-端修饰荧光素(FAM)的DNA序列(F-DNA)折叠成发夹型结构,导致g-CNQDs与FAM间荧光共振能量转移效率发生改变,实现Ag⁺的高灵敏检测。优化了反应时间、缓冲液pH、g-CNQDs用量、F-DNA用量对FRET体系的影响。最佳条件下,Ag⁺浓度在81.97 pmol/L～163.9 nmol/L范围内,g-CNQDs@F-DNA体系FRET效率与Ag⁺浓度的对数呈良好线性关系,相关系数为0.9996,方法检出限为67.61 pmol/L。方法用于测定环境水样中Ag⁺浓度,回收率为92.2%～103.5%。     

荧光共振能量转移高灵敏检测汞离子和半胱氨酸

开发了一种简单快速的荧光探针,该探针在DNA的3’端标记荧光素并利用[T-Hg(II)-T]复合结构对荧光进行猝灭,荧光素与[T-Hg(II)-T]复合结构之间发生荧光共振能量转移。在对探针链长度以及pH和反应时间等实验条件进行优化后,该荧光探针对汞离子具有较高的选择性,用于汞离子分析时检出限可以达到纳摩尔级。当加入半胱氨酸,由于形成了半胱氨酸-汞离子复合结构,[T-Hg(II)-T]复合结构被破坏,荧光强度大量的恢复。利用此原理可以对半胱氨酸进行分析,检出限也可以达纳摩尔级。该荧光探针利用一条廉价的T碱基适配体链所构筑,相比传统的荧光探针有着独特的优势。     

适配体-荧光共振能量转移法检测雌二醇

利用核酸适配体特异的分子识别功能以及特定荧光基团之间的能量转移,建立了一种高灵敏度、高选择性测定雌二醇的光谱方法。研究了缓冲溶液的pH值、组成和浓度、核酸浓度、实验温度及响应时间等因素对检测雌二醇的影响。在最优的实验条件下(50 mmol/L BR缓冲溶液(pH 7.4),1.0×10-7mol/L核酸,实验温度45℃,响应时间19 min),体系荧光强度的改变值ΔI与雌二醇浓度的对数lgC呈良好的线性关系(r=0.9953),线性范围为1.0×10-11~5.0×10-9mol/L,检出限达6.0×10-12mol/L(S/N=3)。将本方法用于检测人体尿液中雌二醇的含量,雌二醇的加标回收率为94.0%~103.5%。     

基于钙黄绿素－臧红T荧光共振能量转移检测六偏磷酸钠

在pH8．5的Tris－HCl缓冲溶液中,钙黄绿素作为能量供体（D）可以与藏红T受体（A）发生有效的荧光共振能量转移（FRET）,但加入六偏磷酸钠（SHMP）后,因其与受体发生静电作用破坏了该能量转移体系,使得荧光供体钙黄绿素荧光强度的增加（△FD）与受体藏红T荧光强度的降低（△FA）的比值（△FD／△R）-9SHMP浓度（csHMP）呈良好的线性关系．基于此,建立了一种检测六偏磷酸盐的新方法．在优化条件下,该方法的检测范围为3．0×10^-6-1．0×10^-5mol／L,对6．0×10拍mol／L的六偏磷酸盐连续平行测定11次,其相对标准偏差（RSD）为3．1％．该方法具有选择性好、操作简单和检测速度快等优点,已成功应用于饮料中六偏磷酸钠的分析检测．     

基于DNA QDs@PDA荧光共振能量转移的半胱氨酸传感器

建立了基于DNA量子点(DNA QDs)与聚多巴胺(PDA)荧光共振能量转移(FRET)检测半胱氨酸的方法。DNA QDs发射的荧光被PDA分子吸收,发生FRET,导致DNA QDs的荧光猝灭,使DNA QDs处于荧光"关闭"状态。当存在半胱氨酸时,从多巴胺(DA)向PDA的自发氧化聚合反应将被阻断,使DNA QDs的荧光恢复,处于荧光"开启"状态,且DNA QDs荧光的恢复程度与溶液中半胱氨酸的浓度相关,基于此构建了半胱氨酸荧光传感器。检测半胱氨酸的线性方程为y=0.0181x-0.0185,线性范围为10.0～100.0μmol/L,检出限为1.7μmol/L(S/N=3,n=10),此传感器对半胱氨酸具有良好的选择性,常见氨基酸及生物硫醇小分子均无干扰。将本方法用于人尿样中半胱氨酸的测定,回收率为98.6%～105.9%。     

基于上转换荧光共振能量转移的ClO~-纳米探针

以"核-内壳-外壳"三层夹心结构上转换纳米材料(Sandwich Structure Upconversion Nanoparticles,SWUCNPs)为能量供体,异硫氰酸荧光素(FITC)为能量受体,构建了一种基于上转换荧光共振能量转移(UC-FRET)的纳米探针,其荧光猝灭效率高达95%。将该纳米探针用于水溶液中ClO~-的检测,ClO~-对配体的氧化使得能量供受体之间距离增大,上转换荧光恢复程度与ClO~-的浓度呈线性关系,线性范围为0.02~3.4mmol/L,检出限为0.008mmol/L。实验结果表明该纳米探针特异性强、灵敏度高、结构灵活。     

基于量子点的荧光共振能量转移

研究了具有相反电荷的两种量子点间的荧光共振能量转移.分别以巯基乙酸(TGA)和十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)修饰发射绿色和红色荧光的CdSe/ZnS量子点,使其由油溶性变为水溶性,且表面带相反的电荷,并对修饰后的水相量子点进行琼脂糖凝胶电泳、荧光成像、量子产率等系列表征.对两种量子点间的荧光共振能量转移现象进行研究.结果表明: 在激发波长为400 nm时,两种量子点在磷酸盐缓冲溶液(pH 7.5)中具有较好的荧光共振能量转移效率(猝灭效率0.54,增强效率0.27).     

催化发夹组装诱导的金纳米颗粒聚集比色检测卡那霉素

建立了基于催化发夹组装诱导的金纳米颗粒聚集检测卡那霉素的方法。利用卡那霉素与适配体的特异性结合释放出引发链,引发吸附于金纳米颗粒表面的催化发夹组装,形成大量双链结构,导致金纳米颗粒在高盐浓度条件下发生聚集。通过凝胶电泳和透射电镜对催化发夹组装和金纳米颗粒的聚集进行了表征并对实验条件进行了优化。结果表明,37℃条件下,发夹探针浓度为160 nmol/L,NaCl浓度为20 mmol/L时,方法的线性检测范围为4.0～160 nmol/L,检测限为1.6 nmol/L。将该方法用于牛奶样品中卡那霉素的加标回收实验,回收率为97.5%～109.0%,相对标准偏差在1.9%～3.0%之间。     

基于罗丹明B和金纳米粒子荧光共振能量转移检测卡托普利

基于罗丹明B(RhB)与金纳米粒子(AuNPs)的荧光共振能量转移,建立了一种简单、灵敏、快速测定药物卡托普利的新方法。初步探讨了方法机理,并对pH值、反应时间、AuNPs和RhB的浓度等实验条件进行了优化。优化实验条件下,方法的线性范围为9.2×10~(-8)~1.8×10~(-6) mol/L,检出限(S/N=3)为6.9×10~(-8) mol/L。该方法用于卡托普利药品中卡托普利的测定,获得了满意结果。     

基于碳量子点-银纳米簇荧光共振能量转移纳米探针的荧光传感器检测转基因成分CaMV35S

利用荧光共振能量转移(FRET)纳米探针结合催化发夹组装(CHA)无酶扩增信号放大途径建立了一种可用于转基因成分的荧光检测方法。首先为CaMV35S目标序列(tDNA)设计了可诱导的CHA循环的两个发夹结构序列HP1和HP2。当单链DNA标记碳点(sDNA-CDs)和DNA模板化银纳米团簇(Ts-AgNCs)杂交后,AgNCs和碳量子点(CDs)靠近,形成FRET效应,得到sDNA-CDs/Ts-AgNCs荧光猝灭的比率荧光探针。当tDNA存在时,通过杂交反应打开HP1发夹,形成HP1-tDNA双链结构;该结构可将HP2的发夹结构打开,从而形成HP1-HP2双链结构,同时释放出tDNA进入下一轮杂交,触发CHA循环。由于HP1-HP2中HP1的部分序列与Ts部分序列间的亲和性较sDNA强,因此,加入sDNA-CDs/Ts-AgNCs后,sDNA-CDs从探针中释放,使CDs(λ_em=464 nm)的荧光得以增强。而AgNCs仍在双链结构中,其荧光强度(λ_em=560 nm)基本保持不变。以I_F464/I_F560...     

基于聚多巴胺纳米粒子的荧光共振能量转移法检测microRNA

基于聚多巴胺纳米粒子(PDA NPs)对Cy5标记单链DNA(Cy5-ssDNA)探针的荧光猝灭效应以及脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNaseⅠ)选择性切割DNA/RNA杂合结构中单链DNA的特性,建立了一种用于微小核糖核酸(miRNA)检测的新型恒温信号放大方法.在优化的实验条件下,体系的相对荧光强度(FR)与miR-21浓度的对数值成正比;对miR-21检测的线性范围为10 pmol/L~100 nmol/L,检出限达7 pmol/L.血清加标实验结果表明,该方法可用于生理环境下miR-21的检测.     

无酶催化发夹自组装用于动力学竞争适配体传感策略灵敏检测蓖麻毒素

构建了一种新型的基于动力学竞争的适配体传感策略,通过无酶催化发夹自组装(CHA)反应进行信号放大和输出,实现了蓖麻毒素A链(RTA)的选择性灵敏检测.阻碍链(Blocker)能够分别与适配体(RA80)和发夹探针(HP1)竞争结合,而优先与RA80结合的RTA会影响RA80和HP1对Blocker的竞争反应,使更多的B...     

基于异硫氰酸荧光素标记溶菌酶和荷正电纳米金构建荧光共振能量转移平台检测广谱细菌

通过异硫氰酸荧光素标记的溶菌酶(FITC-Lys)和聚乙烯亚胺修饰的荷正电纳米金粒子(PEI-AuNPs)与细菌结合,构建了一个基于荧光共振能量转移(FRET)的平台用于广谱细菌检测.待检样本中存在细菌时,荷正电的FITC-Lys(能量供体)通过与细胞壁肽聚糖的识别作用和静电作用与细菌结合,荷正电的PEI-AuNPs(...