核酸适配体传感器在四环素类抗生素检测中的应用（二）

1.2 比色适配体传感器

比色适配体传感器利用具有高消光系数的核酸环素显色基团实现对目标物的有效检测，其最大的适配生素优势是能够通过肉眼观察，且易于操作、体传成本较低。感器

金纳米粒子(gold nanoparticles，类抗Au NPs)常被用于比色适配体传感器的检测构建，其消光系数远高于有机染料，应用为比色测定提供了高灵敏度的核酸环素保障。带负电的适配生素Au NPs可以将适配体吸附在其表面，使适配体在高盐条件下保护Au NPs，体传被广泛地应用于比色适配体传感器的感器建立。KIM等建立了一种基于盐诱导负电荷Au NPs聚集的类抗比色适配体传感器检测土霉素。适配体对Au NPs具有保护作用，检测所以加入土霉素后其会与适配体结合，应用导致保护作用减少，核酸环素Au NPs从红色变为紫色，其颜色变化很容易用肉眼观察或通过紫外/可见光谱仪测量，最终得到了25 nmol/L的LOD。RAMEZANI等开发了基于三螺旋分子开关(triple-helix molecular switch，THMS)检测四环素的比色传感器，具有较高的稳定性、灵敏度和选择性。WU等设计了一种基于Au NPs可控聚集的无标记比色适配体传感器，用于抗生素多重检测。选择氯霉素和四环素作为目标物，设计多功能适配体，当添加一种抗生素时，特异性识别的适配体片段会结合并解离，而非特异性的则在高盐条件下协调控制Au NPs的聚集。检测四环素时，该方法具有0.05～3.0μmol/L的线性范围，LOD低至32.9 nmol/L。该传感器可通过肉眼直接分辨多种抗生素，可以利用智能手机分析。除带负电的Au NPs，带正电的Au NPs也可以用于比色传感器的建立。LUO等以巯基乙胺修饰的金纳米粒子(cysteamine-stabilized gold nanoparticles，CS-Au NPs)为探针建立了一种比色适配体传感器用于牛奶中四环素残留的检测。实验原理如图3所示，当没有四环素时，带正电的金纳米粒子与带负电的适配体因静电引力而沉聚;当有四环素存在时，其与适配体结合，且两者之间的相互作用强于适配体和CS-Au NPs之间的静电相互作用，导致CS-Au NPs分散，颜色仍保持为红色。该方法检出限为0.039μg/m L，线性范围为0.2～2.0μg/m L，操作简单，检测时间短，特异性强。但是，在复杂的基质中，金纳米粒子容易受到盐粒子的影响，出现非特异性聚集变色现象，制约了其实际应用。

基于酶或模拟酶的催化显色反应常被应用于比色适配体传感器的建立，此类传感器不仅具备肉眼可见的检测结果，而且可通过酶促催化的信号放大效应获得更高的灵敏度。KIM等使用生物素标记的适配体间接竞争性酶联适配体测定牛奶中的土霉素，LOD为27 nmol/L，具有高特异性和稳定性，且不涉及复杂的样品提取步骤。ZHANG等基于金纳米簇(gold nanoclusters，Au NCs)固有的类过氧化物酶活性建立了比色适配体传感器，利用适配体提高Au NCs在H2O2的作用下催化氧化底物3，3'，5，5'-四甲基联苯胺(3，3'，5，5'-tetramethylbenzidine，TMB)的活性。检测四环素的浓度范围为1～16μmol/L，LOD低至46 nmol/L，该方法的肉眼检测能力估计为0.5μmol/L。该比色传感平台具有良好的准确性、特异性和可重复性，但酶或模拟酶对检测条件要求较高，因此也存在一定的局限性。

1.3 电化学适配体传感器

电化学传感器是将生物分子和靶分子的相互作用转变成电流或电位的形式表现出来的一类传感器[50]。常用的电化学分析技术有差分脉冲伏安法(differential pulse voltammetry，DPV)、电化学阻抗法(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)、方波伏安法(square wave voltammetry，SWV)、循环伏安法(cyclic voltammetry，CV)等。将核酸适配体与电化学相结合，在加入靶标之后，适配体的构型发生改变，进而引起电极表面修饰物的结构发生变化，影响电化学信号输出，从而建立灵敏、快捷、简单的生物传感器。按照是否应用标记物，电化学适配体传感器可分为标记型和非标记型2类。

应用于标记型适配体传感器的标记物质主要有2种，一种具有电活性，如亚甲基蓝、二茂铁等;一种具有催化活性，如葡萄糖脱氢酶、辣根过氧化物酶、金属纳米材料、碳纳米管等。标记物质可通过化学修饰、物理吸附等方法标记在适配体上，当适配体与目标物结合后，标记物质因适配体构型改变而发生位置变化，从而引起电化学信号的变化。XU等[52]设计灵敏高效的比率型电化学传感器用于牛奶中四环素的检测。该方法整合了2个适配体传感器，其一基于二茂铁和Au NPs纳米复合材料，其二基于碳纳米纤维和Au NPs纳米复合材料的适配体传感器。通过Au NPs与适配体5'端的硫醇之间形成Au-S键，将适配体有效地固定在丝网印刷的碳电极表面，最后通过比率计算其检测结果，解决了批次之间差异大的问题，LOD为3.3×10‒7 g/L。LIU等[53]设计了一种新型的夹心型电化学适配体传感器，该传感器基于三维结构的石墨烯纳米金复合物和适配体-Au NPs-辣根过氧化物酶纳米探针实现土霉素的检测，纳米金和辣根过氧化物酶修饰的适配体提高了亲和力并实现了超灵敏检测。

非标记型电化学适配体传感器与标记型相比，操作更简单、对目标物影响小，在实际应用方面优势更加突出。CHEN等开发了一种检测四环素的无标记电化学适配体传感器。根据电化学阻抗谱分析，当四环素浓度在5.0～5.0×103之间时，四环素的对数浓度与电荷转移电阻在之间存在线性关系。该传感器的LOD为1 ng/m L，检测时间为15 min。在4℃下保存15 d后，电流变化在8.5%以内，证明该传感器具有良好的重现性和可接受的稳定性。WANG等结合三螺旋适配体探针、催化发夹自组装(catalyzed hairpin assembly，CHA)信号放大和主客识别等技术，设计出一种用于四环素定量检测的电化学新型传感策略。当目标物与适配体结合后，发生构象变化的三螺旋适配体探针引发CHA扩增反应，加入的核酸外切酶III会破坏2个DNA发夹形成的大量双螺旋结构，释放大量电活性分子，这些分子由于主客识别而在β-环糊精的帮助下扩散到电极表面，从而产生信号。在最佳条件下，该策略线性范围为0.2～100 nmol/L，LOD低至0.13 nmol/L。但是电化学适配体传感器尤其是非标记型的抗干扰能力还有待加强，对适配体与目标物的结合效率要求较高。

1.4 表面等离子体共振适配体传感器

表面等离子体共振(surfaceplasmon resonance，SPR)技术利用全反射时入射光可以和金属表面的等离子体发生共振的原理，探测生物分子之间是否发生作用，将SPR芯片表面上固定适配体，可以实现SPR适配体传感平台的建立，具有无需标记、灵敏度高、操作简单等优点。近几年，WANG等[36]结合DNA纳米结构和商用Biacore T200 SPR仪器开发出一种简单的SPR适配体传感器用于四环素的检测。该传感器为了减少空间位阻，提高固定化适配体对四环素的捕获效率，引入DNA四面体以纳米级距离定向固定适配体，从而将适配体的特异性、DNA纳米结构的易于制造、SPR仪器的灵敏性和自动化的优势结合起来，实现快速、灵敏检测蜂蜜中的四环素。SPR传感器需要与纳米技术的联用以满足对小分子物质检测的灵敏度要求，另外，SPR芯片需要被进一步优化，以降低实验成本。

1.5 表面增强拉曼光谱适配体传感器

表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy，SERS)技术是一种基于光的非弹性散射的光谱技术，被广泛应用于食品安全和生物分析领域[56]。与常规的拉曼光谱相比，SERS光谱强度能高出4～6个数量级左右。近几年，MENG等基于DNA序列连接金纳米粒子间的拉曼热点构建了一种表面增强拉曼光谱适配体检测水产品中土霉素。该方法将拉曼信号分子修饰在Au NPs的表面，当有目标物OTC存在时，适配体序列优先与OTC结合，导致13 nm的Au NPs更接近80 nm的Au NPs，拉曼强度因生成的热点增强而增加。在最佳条件下，该方法具有4.60×10-2～4.60×102 fg/m L的线性范围，LOD低至4.35×10-3 fg/m L。LI等[38]研究出一种基于磁性纳米球靶向功能的SPR适配体传感器检测四环素。该传感器将适配体修饰在共轭磁铁矿胶体纳米晶体簇-聚甲基丙烯酸磁性纳米球上，将适配体互补序列(c DNA)修饰在Au/PATP/Si O2(APS)上，适配体与目标物的结合导致c DNA-APS游离于上清液中，产生较强的拉曼信号。在最佳条件下，该方法具有0.001～100 ng/m L的线性范围，LOD低至0.001 ng/m L。尽管这2个适配体传感器可以提供灵敏的检测，但整体成本很高，限制了其实际应用。

2 结束语

由于四环素类抗生素的广泛使用直接或间接危害到人们的身体健康，因此建立简单、灵敏且快速的四环素类抗生素检测方法尤为重要。核酸适配体具有高灵敏度、高选择性、易于合成、批次差异小等优点，被广泛用于构建光学、电化学等各类生物传感器检测四环素类抗生素，但是核酸适配体的应用方面也面临着一些问题。复杂的基质可能会影响适配体与目标物的结合效率，故而样品前处理是核酸适配体传感器发展需要注意的重要问题。为提高方法的灵敏度，引入催化发夹自组装反应、杂交链式反应、滚环扩增反应等核酸扩增技术以实现信号放大，对适配体应用的发展具有重要意义。同时，将适配体应用于试剂盒、试纸条、智能手机等便携式快速检测产品的开发是适配体未来的发展趋势。提高适配体的筛选水平，建立高通量、多目标物检测方法，仍是科研工作者未来需努力的方向。

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