适配体电化学生物传感器研究进展

由于制备简便、易修饰、稳定性好和结合目标物范围广等特点,基于适配体的生物传感器研究工作一直得到广大科研工作者的关注.本文在阐述适配体基本原理的基础之上,结合近年来电化学适配体生物传感器研究领域的最新研究成果,对电化学技术在适配体生物传感器研究领域中的最新进展作一综述与展望.     

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。     

基于杂交指示剂的无标记适配体电化学传感器用于铅离子检测

为克服传统重金属铅离子(Pb²⁺)检测方法无法适应现场在线分析的缺陷,该研究以杂交指示剂亚甲基蓝(MB)作为电化学信号探针,以适配体作为Pb²⁺识别原件构建无标记适配体电化学传感器。在金电极表面,通过先后修饰适配体及其互补序列cDNA形成双链,随后吸附在双链间的MB通过差分脉冲伏安法产生强烈的电化学信号。当Pb²⁺存在时,适配体特异性捕获Pb²⁺造成双链断开释放MB,从而造成电信号降低,实现对Pb²⁺的定量检测。构建的电化学传感器对Pb²⁺的线性范围为0.1～100 000μg/L,检出限低至33.4 ng/L,对牛奶和湖水样品的加标回收率分别为87.1%～115%和106%～108%,相对标准偏差(RSD)分别为10%～13%和5.0%～9.5%。该方法构建的无标记适配体电化学传感器具有制备简单、成本低廉、灵敏快捷等优点,有望应用于环境及食品工业中Pb²⁺的现场分析。     

纳米钯电化学适配体传感器用于血管内皮生长因子的检测

基于目标诱导适配体片段连接,以修饰于电极表面的纳米Pd作为适配体固定平台,构建检测血管内皮生长因子(VEGF)的电化学适配体传感器。方法将VEGF适配体切成两段,其一为捕获探针,通过Pd-S键固定在以电沉积和二硫苏糖醇(DTT)封闭相结合法制备的纳米钯修饰电极表面;其二为信号探针,3'端修饰有二茂铁基团。由于VEGF与适配体之间强的相互作用,可连接此两段适配体序列并在电极表面形成稳定的适配体复合物,此时二茂铁靠近电极表面,产生电信号,从而实现对VEGF的检测。结果表明,在pH 7. 0的Tris-HCl缓冲溶液中,二茂铁的峰电流与VEGF浓度在5～40 pmol/L范围呈良好线性关系,检测限为0. 4 pmol/L。     

用于赭曲霉毒素A检测的电化学适配体生物传感器的研究进展

赭曲霉毒素(Ochratoxin)是一类主要由曲霉菌和青霉菌产生的次生代谢产物,其中赭曲霉毒素A(OTA)的毒性最强。OTA相当稳定,常规的食品加工难以去除,若摄入受OTA污染的食品或药物会对人类造成严重的危害。实现对OTA的灵敏和快速检测是及早发现和处置OTA污染的关键。近年来,核酸适配体因其独特的优点,被作为抗体的替代物用于构建OTA电化学生物传感器。本文介绍了经典的OTA检测方法和基于适配体的电化学生物传感检测方法,从OTA电化学适配体传感器的适配体优化、新型材料应用以及生物信号放大技术的应用等三个方面总结了该生物传感技术的研究现状,并对其未来的发展进行了展望。     

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.     

无线磁弹性适配体传感器用于检测癌胚抗原

在磁弹性芯片表面修饰癌胚抗原适配体(CEA-apt),构建了新型磁弹性适配体传感器,用于癌胚抗原(CEA)的高灵敏无线检测.基于磁致伸缩效应,信号的激发与传输可以通过电磁场进行,可实现无线检测,并用于活体分析.扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、能谱(EDS)表征结果表明,磁弹性适配体传感器可以特异性结合...     

基于酶辅助的比率型电化学适配体传感器用于前列腺特异性抗原检测

基于核酸外切酶Ⅲ(ExoⅢ)辅助靶标循环策略,构建了比率型电化学适配体传感器,并用于前列腺特异性抗原(PSA)的检测。利用亚甲基蓝(MB)作为内置参考信号,当PSA存在时,发夹探针1(HP1)的适配体序列与PSA特异性结合,引起ExoⅢ的2次切割过程,从而实现2次循环扩增反应,导致电极上更多的MB标记的发夹探针3(MB-HP3)被切割;再加入二茂铁(Fc)标记的DNA链(Fc-DNA)与MB-HP3酶切后的片段进行杂交;最终,Fc的信号(I_Fc)增加,而MB的信号(I_MB)基本保持不变。在最佳条件下,I_Fc/I_MB与PSA浓度的对数值在0.001～100 ng/mL范围内呈良好的线性关系,检出限为0.24 pg/mL。该传感器在临床实际样品检测中具有较好的应用前景。     

构象转换型传感器对汞、铅、锶离子的同时检测

将核酸构象转换与纳米孔膜技术联用设计了一种新型高灵敏电化学传感器, 实现了对Hg ²⁺, Pb ²⁺和Sr ²⁺的分步同时检测. 使用2种分别能与Hg ²⁺及Pb ²⁺, Sr ²⁺结合的核酸适体, 将其固定在氧化铝纳米孔膜孔道内以阻碍铁氰化钾离子传导. 利用核酸适体包裹目标物时的蜷缩状态与目标物被洗脱剂洗脱后核酸适体的伸展状态之间的构象转换, 控制纳米孔通道的“开”和“关”, 使铁氰化钾溶液的氧化还原电流发生改变. 通过监测铁氰化钾溶液的电信号变化值, 可实现同时检测此3种金属离子的目的. 实验结果表明, 该传感器对3种金属离子具有很高的灵敏度和选择性, 检测的线性范围均为0.051.50 nmol/L, 对Hg ²⁺, Pb ²⁺和Sr ²⁺的检出限分别为0.013, 0.017和0.022 nmol/L(S/N=3).     

纳米金探针检测Hg 2+离子

利用Hg2＋的核酸适体修饰纳米金形成探针建立了一种定量检测Hg2＋离子的方法. Hg2＋适体吸附在纳米金表面, 使纳米金的稳定性增强, 抑制氯化钠对纳米金的团聚作用. 溶液中有Hg2＋离子存在时, 由于适体与纳米金的吸附作用小于适体与Hg2＋离子的亲和作用, 纳米金失去适体保护在氯化钠作用下发生团聚. 溶液颜色由红变蓝, 紫外-可见光谱最大吸收峰由520 nm红移至620 nm. 在优化条件下, 吸光度的比值(A620/A520)与Hg2＋离子浓度在5.0×10－9～7.2×10－7 mol•L－1范围内呈线性关系, 检测限可达3.3×10－10 mol•L－1. 研究了K＋, Ca2＋等常见离子的干扰, 结果表明该方法具有良好的选择性.     

聚硫堇为探针与固定化载体的适配体传感器用于双酚A的检测研究

研制了一种简单和灵敏地检测环境激素双酚A(BPA)的电化学适配体传感器。首先在玻碳电极(GCE)表面采用电沉积法沉积一层多孔纳米金(NP-Au),再采用电聚合法将硫堇(TH)和适配体(APT)一步聚合到电极表面,以聚硫堇(PTH)作为电化学探针和APT的固定化载体,以牛血清白蛋白(BSA)抑制非特异性吸附,构筑GCE/NP-Au/PTH+APT/BSA传感器。采用差分脉冲伏安法对该传感器的电化学性能进行探究,发现双酚A在10.0 fg/mL~1.0 ng/mL浓度范围内有较好的信号响应,检出限为5.3 fg/mL。以GCE/PTH+APT/BSA传感器作为对照,其对双酚A在10.0 fg/mL~1.0 ng/mL浓度范围内呈线性关系,检出限为9.0 fg/mL。结果表明多孔纳米金的引入可有效提高传感器的灵敏度。GCE/NP-Au/PTH+APT/BSA传感器具有选择性高和检出限低等优点。     

检测痕量Hg~(2+)的DNA电化学生物传感器

通过自组装方法将修饰有二茂铁基团的富T序列DNA分子(DNA-Fc)固定在金电极表面,得到了一种基于DNA修饰电极的电化学汞离子(Hg2+)传感器.当溶液中有Hg2+存在时,Hg2+可与修饰电极上DNA的T碱基发生较强的特异结合,形成T-Hg2+-T发卡结构,使DNA分子构象发生改变,其末端具有电化学活性的二茂铁基团远离电极表面,电化学响应随之发生变化.示差脉冲伏安法(DPV)结果显示:DNA末端二茂铁基团的还原峰在0.26V(vs饱和甘汞电极(SCE))附近,峰电流随溶液中Hg2+浓度的增加而降低;Hg2+浓度范围在0.1nmol·L-1-1μmol·L-1时,电流相对变化率与Hg2+浓度的对数呈现良好的线性关系.该修饰电极对Hg2+的检测限为0.1nmol·L-1,可作为痕量Hg2+检测的电化学生物传感器.干扰实验也表明,该传感器对Hg2+具有良好的特异性与灵敏度.     

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。     

核酸适体修饰纳米金共振散射光谱探针快速检测痕量Pb~(2+)

以柠檬酸三钠做稳定剂,用硼氢化钠还原氯金酸制备了粒径为5nm的纳米金.用铅离子核酸适体aptamer保护纳米金获得了检测铅离子的适体纳米金(aptamer-NG)共振散射光谱探针.在pH7.0的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中及30mmol·L-1NaCl存在下,aptamer-NG稳定而不聚集.Pb2+可与该探针中的aptamer形成非常稳定的G-四分体结构,并释放出纳米金.在NaCl作用下纳米金聚集形成较大的微粒,导致552nm处共振散射峰强度增大.Pb2+浓度在0.07～42nmol·L-1范围内与552nm处共振散射强度增大值ΔI成线性关系,其回归方程为ΔI=12.0c+9.2,线性相关系数为0.9965,方法检出限为0.03nmol·L-1Pb2+.该方法用于水样中铅离子检测,结果与石墨炉原子吸收光谱法结果一致.     

Aptamer Molecular Beacon Sensor for Rapid and Sensitive Detection of Ochratoxin A

Ochratoxin A (OTA) is a carcinogenic fungal secondary metabolite which causes wide contamination in a variety of food stuffs and environments and has a high risk to human health. Developing a rapid and sensitive method for OTA detection is highly demanded in food safety, environment monitoring, and quality control. Here, we report a simple molecular aptamer beacon (MAB) sensor for rapid OTA detection. The anti-OTA aptamer has a fluorescein (FAM) labeled at the 5′ end and a black hole quencher (BHQ1) labeled at the 3′ end. The specific binding of OTA induced a conformational transition of the aptamer from a random coil to a duplex–quadruplex structure, which brought FAM and BHQ1 into spatial proximity causing fluorescence quenching. Under the optimized conditions, this aptamer sensor enabled OTA detection in a wide dynamic concentration range from 3.9 nM to 500 nM, and the detection limit was about 3.9 nM OTA. This method was selective for OTA detection and allowed to detect OTA spiked in diluted liquor and corn flour extraction samples, showing the capability for OTA analysis in practical applications.     

冠醚功能化的栅控石墨烯场效应晶体管的制备及对汞离子的检测

Hg²⁺是一种具有生物蓄积性和毒性的重金属, 对环境和人类健康均可造成严重损害. 因此, 开发便捷的Hg²⁺传感器非常必要. 本文基于溶液栅控石墨烯场效应晶体管的优异性能, 通过氮硫杂冠醚的尺寸效应以及冠醚与Hg²⁺的螯合作用来特异性识别Hg²⁺, 制备了一种冠醚功能化栅极的溶液栅控石墨烯场效应晶体管(SGGT)传感器. 该SGGT传感器因其固有的信号放大功能而比传统电化学检测Hg²⁺更灵敏, 其检出限为1×10^-12 mol/L, 比传统电化学传感器降低了2~3个数量级, 在1×10^-12~1×10^-7 mol/L检测范围内, 狄拉克点的变化值与目标物浓度的对数值之间存在良好的线性关系, 同时具有极高的选择性. 对实际湖水样品的检测效果良好, 对Hg²⁺的检测标准偏差为1.10%~3.77%. 本文结果表明, 该晶体管传感器可以对Hg²⁺进行高选择和高灵敏检测.     

纳米光学传感器用于检测汞离子

汞离子是毒性最大的重金属之一,对环境和人体都会造成严重的不良影响,开发能够快速检测环境中汞离子的分析方法引起了越来越多的关注。纳米材料由于其优良的光学性能和良好的稳定性,被广泛用于环境中汞离子的检测。本文主要综述了近年来一些代表性的基于纳米材料的汞离子荧光、比色传感器。根据纳米材料的不同,将这些传感器分为基于金、银、碳和硅基材料,以及量子点、有机纳米颗粒和其他纳米基材料的荧光、比色传感器,并分别从设计原理、识别性能和实际应用等方面对这些传感器进行了描述和讨论。最后对该领域的研究和发展提出了展望。