电化学和电化学发光核酸适体传感器..docx

DOI ：10． 3724/SP．J．1096．2011．00972 电化学和电化学发光核酸适体传感器 袁涛 1，2 刘中原 1 胡连哲 1，2 徐国宝 *1 1 （中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室，长春 130022） 2 （中国科学院研究生院，北京 100039） 摘要核酸适体具有亲合力强、选择性高、稳定性好、易于修饰等优点，广泛用于对目标物如蛋白质、小分子 等的灵敏检测。电化学具有成本低、灵敏度高、仪器小巧等优点。近年来，构建基于核酸适体的电化学传感器， 已经成为一个热门的研究领域。本文重点评述了 2005 年以来核酸适体的电化学传感器的研究进展，并展望其发展前景。关键词 核酸适体；电化学；传感器；电化学发光；综述 2011-01-25收稿； 2011-05-11 接受 本文系国家自然科学基金（ No．、科技部项目 No．2006BAE03B08 ）和吉林省科技厅项目（ No．资助 *E-mail ： guobaoxu@ciac．jl ．cn 引言 核酸适体是通过指数式富集法配体进化（ Systematic evolution of ligands by exponential enrichment， SELEX ）技术从人工合成的 DNA 或 RNA 随机库中筛选出来的，能够与目标 分子进行高亲和性和高特异 性结合的寡核苷酸序列［ 1，2］ 。与抗体相比，核酸适体具有体外合成、选择性高、稳定性好、易于修饰等很多优点。构建基于核酸适体的电化学传感器在药物筛选、临床诊断、环境检测等方面具有广阔的应用前景。 常见的设计电化学传感器的方法包括免标记法和标记法，前者的核酸适体不用电化学信号物标记，成本相对低廉，一般多是阻抗型的核酸适体传感器；后者常用亚甲基蓝、二茂铁等电化学活性物作标记，成本相对较高，一般多用电流型的核酸 适体传感器。依据核酸适体与目标物结合前后的构象变化，可以设计 Signal-off 和 Signal-on 两种传感模式，前者是基于核酸适体与目标物结合后的信号降低进行检 测，灵敏度一般低于后者。本文对这几种方法作简要对比，重点评述了 2005 年以 来核酸适体在电化学传感器研究领域的进展。 2 核酸适体的电化学生物传感器的应用 2．1 蛋白质的检测 蛋白质是一类重要的生物大分子，许多蛋白质在生物体中有着特殊的地位。如凝血酶是一种特殊 的丝氨酸内蛋白酶，它的含量与白血病、动脉血栓及肝脏疾病密切相关［ 3］ 。对凝血酶灵敏检测的电化 学传感器多有报道，如 Signal-off 型［ 4， 5］ Signal-on 型［ 6 10］等。 2005年， Xiao 等［ 11］报道了一个 Signal-off 型电化学传感器用于凝血酶的检测。他们将末端修饰亚甲基蓝（ MB ）的凝血酶核酸适体固定在金电极 上。当没有目标物时，核酸适体以展开的结构存在，电化学信号物  MB  能够 与电极进行有效电子传递， 产生较大的电流信号。当目标物存在时，核酸适体与凝血酶结合形成刚性结构，导致 MB 远离电极表面，这种构象改变使电流信号明显下降。该传感器成功 实现了对实际样品血液中凝血酶的灵敏检测，检出限达 6．4nmol /L 。该报道提供了一种通用的电化学检测方法，它实现了快速、灵敏检测核酸适体结合目标物引起的构象改变。 Liu 等［ 12］设计了测定干扰素 IFN- γ的 Signal -off 型电化学传感器。他们在 干扰素的核酸适体末端修饰 MB ，将它固定在电极上并形成发夹结构，可以实现 MB 和电极间的电子传递，电流信号较大。当核酸适体与干扰素 IFN- γ结合后，发 夹结构打开，迫使 MB 远离电极表面，阻碍了电子传递，电流明显降 低。与传统的免疫检测方法相比，该传感器操作简便，仪器简单，并且灵敏度更高，对干扰素 IFN- γ的检 第 39卷 2011年 7月 分析化学（ FENXI HUAXUE ）评述与进展 Chinese Journal of Analytical Chemistry 第 7期 972 977 出限达到 0．06nmol /L 。 然而， Signal-off 型电化学传感器有自身的缺点，例如其原理是根据核酸适体与目标物结合所导致的信号降低而进行检测，存在背景电流大，检出限高的缺点，限制了方法的灵敏度。为了解决该问题， Xiao 等［ 13］ 设计了一个 Signal-on 型传感器。他们先将包含凝血酶核酸适体的寡核苷酸链通过金硫键固定在金电极的表面， 再与末端标记 MB 的互补链杂交形成双链，此时 MB 远离电极表面，电流信号很小。当凝血酶与其核酸适体结合后，部分双链解开，拉近了 MB 与电极表面的距离，电流信号变大，对凝血酶