特定序列脱氧核糖核酸电化学生物传感器进展

对当今电分析化学中的研究热点之一———脱氧核糖核酸 (DNA)的电化学生物传感技术的最新进展进行了综述 ,评述了其发展前景。

铂电极表面生物素-亲和素固载单链脱氧核糖核酸的电化学传感器

通过直接吸附将亲和素固定在Pt电极表面,联于生物素标记的脱氧核糖核酸(DNA)探针,制备了电化学基因传感器,建立了Pt电极表面修饰单链脱氧核糖核酸(ssDNA)的方法。修饰电极与待测溶液中人工合成的转基因食品中常有的花椰菜花叶病毒35S启动子(CaMV35S)或根癌农杆菌终止子(NOS)DNA片段进行杂交,以邻菲罗林钴络合物[Co(phen)3+3]为杂交指示剂,循环伏安法测量,通过杂交前后指示剂峰电流的变化检测DNA杂交的量。研究了电极修饰、杂交反应及测量的适宜条件,在优化实验条件下,峰电流的差值与DNA杂交量之间有良好的线性关系,相关系数r=0.9996。杂交后的电极经热变性再生,可重复使用多次。

脱氧核糖核酸(DNA)生物传感器的研究现状(Ⅱ)——电化学DNA生物传感器

对电化学DNA生物传感器的基本原理、种类、在基因和药物分析中的应用作了详细的介绍 ,对近期有关这方面的文献加以分类和评述 。

基于链置换扩增的电化学适配体生物传感器检测食品中的赭曲霉毒素A

为构建一种基于链置换扩增技术(SDA)和电化学适配体传感器技术检测食品中赭曲霉毒素A(OTA)的方法,根据OTA特异性适配体设计发卡结构,并在发卡结构的茎部设置SDA反应识别位点,进行SDA扩增。将扩增产物与修饰二茂铁(Fc)的电化学探针进行杂交,使电信号发生变化,从而建立电化学适配体传感器检测OTA的方法。通过对7组不同毒素的测定评价该方法的特异性,测定其灵敏度和检出限,并与赭曲霉毒素A酶联免疫分析方法(ELISA)国家标准(GB 5009.96-2016)进行对比试验。结果表明:最优条件下,电化学适配体传感器灵敏度线性范围为0.1 pg/mL~10 ng/mL,检出限(LOD)为0.05 pg/mL。当OTA存在时,检测结果为阳性,当OTA不存在时,检测为阴性,说明该方法特异性良好。在人工加标试验中,该电化学适配体传感器的加标回收率为96.60%~99.04%,ELISA(国家标准)的加标回收率为94.00%~98.50%,该方法的加标回收率优于国家标准。结论:该方法能够快速检测食品中的OTA,具有实用应用价值。

脱氧核糖核酸电化学传感器的原理及其应用

对电化学DNA传感器的组成及其在DNA损伤研究、环境污染监控、病原基因检测、基因疾病诊断和药物机理分析等方面的应用进行了总结 ,并对其发展趋势进行了评述。

基于电化学生物传感器的重金属离子检测研究进展

电化学生物传感器是基于抗原抗体、酶、核酸适配体、蛋白质、细胞等各种生物成分建立的电化学方法,由于这些生物成分具有强的特异性,决定了电化学生物传感器具有高选择性。同时该方法还具有便捷快速、灵敏、操作简单等优点,已经被广泛应用于污染物重金属离子的检测,并具有良好的应用前景。本文综述了近年来基于各种生物成分的电化学生物传感器在重金属离子检测中的应用,并对该领域未来的发展趋势做了展望。

用于尿酸检测的MIL-101(Cr)生物电化学传感器

人体血液中尿酸(UA)含量异常会引发一系列疾病,因而尿酸浓度的检测方法有广泛的应用前景。通过水热法合成金属有机框架(MOF)材料MIL-101(Cr),并通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料进行表征;利用滴涂法将MIL-101(Cr)涂附在玻碳电极(GCE)表面制得修饰电极MIL-101(Cr)/GCE,通过循环伏安(CV)法,差分脉冲伏安(DPV)法来验证基于MIL-101(Cr)的生物电化学传感器用以定量检测尿酸的可行性。实验结果表明:该材料在尿酸的氧化还原反应中起催化作用,此尿酸生物电化学传感器能够有效地检测尿酸。

基于电化学生物传感器检测食源性致病菌的研究进展

由食源性致病菌引起的食品安全问题严重威胁人们的身体健康。传统检测方法越来越难以应对当下国内外市场中食品品类激增所带来的检测压力,高效、快速、准确地在食品样品中检测出食源性致病菌成为食品安全领域亟待解决的新课题。电化学生物传感器灵敏度高、操作简单,可实现在线检测、快速检测、痕量检测,目前被广泛应用于食品安全监管方向的研究与开发。本文在介绍电化学生物传感器基本原理和分类的基础上,重点对比与讨论近期国内外关于食源性致病菌快速检测中的突出研究成果,并展望其研究的应用前景。

黄连素标记的脱氧核糖核酸荧光毛细生物传感器的研制及应用

以黄连素作为荧光标记物，对脱氧核糖核酸荧光毛细生物传感器进行了研究。基于荧光毛细分析法，以毛细管作为脱氧核糖核酸探针的固定载体，制成脱氧核糖核酸荧光毛细生物传感器，荧光毛细生物传感器吸入互补靶脱氧核糖核酸并进行杂交，通过黄连素染色后，检测杂交产物的荧光强度，实现对靶脱氧核糖核酸的定性和定量分析。研究结果为样品用量12μL，靶脱氧核糖核酸浓度在2～10μmool·L^-1范围内与荧光强度呈线性关系，线性回归方程为y=9．52x＋9.22，相关系数为0．9912，检出限为1．16μmol·L^-1。用荧光毛细生物传感器测定靶脱氧核糖核酸操作简便，试样、试剂用量少；测定成本极低，能大大减少环境污染。

脱氧核糖核酸(DNA)生物传感器的研究现状(Ⅰ)

简要阐述了核酸杂交分析的传统方法和原理，由此对近年来发展起来的ＤＮＡ压电生物传感器、光学生物传感器和光导纤维生物传感器的原理和应用研究作了详细介绍。

新型脱氧核糖核酸光纤生物传感器的研制及其性能评价

研制了一种新型脱氧核糖核酸(DNA)光纤生物传感器,以带尾纤的脉冲半导体激光器为激发光源,结合流动进样系统,能够快速方便地对光纤传感器表面发生的DNA杂交反应进行测定。研究表明:通过链霉亲和素/生物素作用修饰到传感器表面的DNA探针对Dylight680荧光标记的完全互补DNA有良好的响应,而对非互补的DNA基本没有响应。系统检测灵敏度可达到4.5×10-10mol/L;线性范围为1×10-9～3×10-8mol/L。光纤传感器具有良好的再生性能。

利用共振镜生物传感器研究牛胰脱氧核糖核酸酶Ⅰ与DNA的相互作用

利用IAsys共振镜生物传感器研究了牛胰脱氧核糖核酸酶Ⅰ(Bp DNase Ⅰ)与DNA的相互作用.求出了不同温度下,Bp DNase Ⅰ与DNA相互作用的结合和解离的动力学速率常数(Kass,Kdiss)和平衡常数(KA,KD),并且计算出了该过程的热力学参数(ΔH和TΔS).在298 K时该结合过程的KA=(3.521 2±0.232 4)×105(mol/L)-1,KD=(2. 852 4±0. 188 3)×10-6 mol/L,TΔS 为(84. 860±3. 712) kJ/mol,该结合过程的ΔH 为(53.222±3.548) kJ/mol,是一个熵驱动的过程.本文还对Mg2+浓度对Bp DNase Ⅰ与DNA的相互作用的影响进行了研究.在相同温度下,Bp DNase Ⅰ与DNA的结合作用在有Mg2+存在时较无Mg2+ 存在时高约30.5 倍,表明Mg2+能极大地提高Bp DNase Ⅰ与DNA的结合能力.

基于高性能光电材料和核酸信号放大策略的光致电化学生物传感器概述

1839年Edmond Becquerel首次发现了光电效应,自此光致电化学(photoelectrochemical,PEC)蓬勃发展。通常情况下,PEC过程是指有机/无机光电活性材料在光照射下吸收光子,电荷随之发生分离和转移,实现光-电转换过程,界面处产生的电子-空穴对(e^(-)-h^(+))将引起分子或离子的氧化还原反应。光致电化学与生物分析的结合开创了PEC生物分析的新兴领域,PEC生物分析主要包含两个关键要素:光电活性材料和生物识别元件,其中,光电活性材料用于产生检测信号,生物识别元件主要为酶、抗体和核酸等,它与检测目标物相关。PEC生物分析原理为识别元件与其相应的目标物之间发生生物相互作用,引起光电流/光电压的变化,该过程以光作为输入信号,电流/电压作为检测信号,这种不同的能量形式也赋予PEC生物分析低的背景信号和较高的检测灵敏度。目前,PEC生物传感在疾病早期诊断、环境污染物监测、食品安全分析等方面显现出潜在的应用前景。而PEC生物传感器的检测性能很大程度受到材料光电性能的影响,因此,提高材料光电转换和载流子迁移效率是有效提高传感器性能的关键。另一方面,待检测目标物浓度一般为痕量甚至超痕量水平,因此设计高效的核酸放大策略对提高传感器灵敏度也有着重要的意义。本文概述多种光电材料性能增强和核酸信号放大策略,有利于深化对PEC生传感器的理解,为提高PEC传感器分析性能提供方向。

基于核酸适体的电化学生物传感研究

核酸适体是一类经由指数富集的配体系统进化(SELEX)技术在体外筛选获得的单链寡核苷酸片段,由于具有可人工批量合成、价格低廉、易于功能化修饰、特异性强、亲和力高、免疫原性低、批间差异小、热稳定性好等优良特性,在分析化学、疾病治疗以及生物医学研究等诸多领域备受关注。结合代表性案例,该文综述了核酸适体在电化学生物传感领域的应用。首先简要概述了核酸适体及电化学适体传感器的特点,分类阐述了电化学适体传感器在小分子化合物、蛋白质、外泌体、循环肿瘤细胞(CTCs)以及病原微生物检测中的应用,并重点介绍了相关检测方法的原理、分析特性以及所应用的信号放大策略,最后对电化学适体传感器的发展进行了展望。

TiO_(2)复合纳米材料在电化学酶传感器中的应用

近年来,生物传感器逐渐普及到各领域,如食品检测、生物医疗、化学分析等。随着纳米技术领域的快速发展,通过将各种纳米技术应用到电化学酶传感器,促进电化学酶传感器向全新方向发展。目前,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特征,与其他材料相比较,其具有光、磁、电等突出表现。在生物传感器方面,要求电极材料具有良好的导电性和相容性,能同步负载大量的生物酶分子,提高生物酶分子与电极间的传递效率,缩短效应时间,提高传感器的灵敏度,从而实现传感器性能最佳化。

基于多酸复合物的电化学生物传感器在食品分析中的研究进展

多金属氧酸盐(POMs)具有结构和组成多样性的优点,在电化学生物传感器领域被认为是一类颇具前景的功能性阴离子电极修饰材料。通过将POMs与碳基材料、贵金属和金属有机框架等纳米材料复合形成多酸复合物,可以克服其导电能力差和比表面积小的缺陷,将进一步拓展POMs在电化学生物传感器领域的应用范围。该文综述了近年来基于POMs基复合物电化学生物传感器的构建方法,以及POMs基复合物在食品分析领域中的研究进展,并探讨了POMs基复合物未来的挑战和发展前景。将POMs基复合物制备与电化学生物传感器构建这两项技术不断融合将逐渐提升相关传感器的检测性能。

电化学检测技术与生物识别元件联用在食品安全检测中的应用进展

食品安全与国民健康息息相关,如何实现对食品中有害物质的精准及快速检出仍然是科研工作者研究的热点问题。电化学传感技术由于其检测快速、灵敏度高及化学稳定性良好在食品检测领域被越来越广泛地应用。本文对电化学检测与多种生物识别元件的联用技术及其对食品中有害物质的检测进行了综述,并对其存在的问题和进一步的发展进行了探讨。

基于“分段”-“完整”转化的G-四链体脱氧核糖核酸酶传感器用于多聚核苷酸激酶的检测

采用"分段"转化为"完整"G-四链体脱氧核糖核酸酶的策略,构建了检测多聚核苷激酶(T4 PNK)的传感器。将形成G-四链体的富G序列PS5.M序列拆分成5'和3'端均为羟基的两条链:链S_1OH和链S_2OH即分别具有12个碱基的"分段"的PS5.M。在ATP存在下,T4 PNK酶可以将链S_2OH的5'端的羟基磷酸化,转化为S_2P;在S_1OH、S_2P以及Helper链S-H存在下,T4 DNA连接酶(T4 DNA Ligase)将链S_1OH和链S_2P连接成"完整"的PS5.M序列。在体系中再加入核酸外切酶Ⅲ(ExoⅢ),从S-H的3'端剪切S-H,释放出PS5.M。在K^+存在下,PS5.M与氯化血红素(Henfin)作用,形成具有类过氧化物酶活性的复合物,催化H_2O_2氧化2 2'-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)的反应,通过检测氧化产物在418 nm处的吸收值变化,实现对T4 PNK活性的定量检测。线性检测范围为0.02~3.0 U/mL舱出限为0.014 U/mL(S/N=3)。对Hela细胞和HEK293细胞实际样本的T4 PNK活性进行了检测,平均回收率为95.6%~105.7%。

基于末端脱氧核糖核酸转移酶的纳米界面上DNA的生长策略及用于恩诺沙星的适配体传感器构建研究

在纳米金(Au nanoparticles,AuNPs)表面通过组装巯基DNA制得AuNPs-DNA生物探针后,末端脱氧核糖核酸转移酶(Terminal deoxynucleotidyl transferase,TdTase)催化探针DNA的3′-OH 端,实现DNA的生长,并得到生长产物长单链DNA(Single-stranded DNA,ssDNA)。通过琼脂糖凝胶电泳和原子力显微镜成像(Atomic force microscope,AFM)对探针及ssDNA进行表征,结果表明TdTase能够实现纳米界面上DNA的高效生长,卷曲状态下链长可达850 nm。进一步将这种DNA的生长策略与适配体(Aptamer)技术相结合。首先在纳米金表面组装适配体片段1,在醛基化的磁珠颗粒表面组装适配体片段2,以此构建针对恩诺沙星的适配体生物传感器(Aptasensor)。该传感器对ENR在10 ~1.0×10 5 ng/mL具备良好的响应性能,检出限为1.0 ng/mL,能明显区分环丙沙星、氧氟沙星、诺氟沙星等对照组信号。研究表明,基于TdTase的适配体传感器操作便捷,具备良好的靶分子响应性能和特异性,可为食品安全检测等领域提供新的研究思路。

功能纳米材料应用于电化学新冠病毒生物传感器的研究进展

新冠疫情暴发对全球公共卫生构成了巨大威胁,病毒的快速、准确诊断对新冠疫情防控具有至关重要的作用。近年来,以纳米材料为基础的电化学传感技术在快速、高灵敏度/高特异性分子诊断方面显示出巨大的潜力。本文简要介绍了新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的结构特征及常规检测方法,总结了电化学生物检测相关传感特点和机制。在此基础上,详细评述了金纳米材料、氧化物纳米材料、碳基纳米材料等为基础的电化学传感器用于快速、准确检测新冠病毒的研究进展。最后,展望了基于电化学传感技术在未来生物分子诊断中的应用。