基于核酸適配體的熒光傳感器在安全檢測中的應用

王沁園 劉子文 藺雯雯 李亦非 王舒淇

摘 要：核酸適配體是一段可以特異性識別并結合靶分子的寡聚核苷酸片段，具有親和力強、穩定性好、易于修飾等特點，在食品安全的快速檢測中具有重要意義。基于核酸適配體的熒光適配體傳感器具有靈敏度高、定量準確等優點，是一項新型的食品安全檢測技術。

關鍵詞：核酸適配體;生物傳感器;食品

1檢測原理

核酸適配體是運用體外篩選技術篩選出來的15～40個堿基長度的單鏈結構DNA或RNA序列，能夠特異性識別靶標分子具有較高親和力，具有穩定性好、易于合成和修飾等優點。要得到特異性較強的核酸適配體，需從隨機單鏈寡核苷酸文庫中進行篩選。

熒光傳感器的原理是以熒光基團標記核酸適配體，修飾的核酸適配體加入靶標后會改變適配體的構象，從而產生熒光偏振信號或者改變熒光強度，通過這種信號變化來檢測靶標。

2發展過程

1990年，Tuerk 和Gold首次提出指數富集配體系統進化技術，利用該方法成功篩選出能夠特異性結合T4DNA聚合酶的RNA寡核苷酸。核酸適配體概念由Ellington和Ssostak提出。

2000年，Li[1]首次設計了Pb（Ⅱ）-DNA酶熒光生物傳感器實現了對Pb（Ⅱ）的高靈敏、選擇性檢測，檢測限0.1× mol/L。2011年，Zhang[ ]設計了signal-off型熒光生物傳感器實現了對Pb（Ⅱ）的檢測;2016年，Fu[ ]報道了一種基于熒光信號的變化實現了對Pb（Ⅱ）的高靈敏定量分析，檢測限再提升。

3應用實例

2014年，樊超[2]運用熒光分子印跡聚合物檢測玉米中赤霉烯酮;2015年，劉鼎[3]用該方法對食品中農藥進行檢測。

2017年，Duan等[4]首次報道了使用實時熒光定量PCR高靈敏度檢測食品中的氯霉素殘留，該方法優化后能對牛奶樣品中CAP殘留進行高靈敏度檢測。方順燕[5]于2019年提出一種基于倏逝波熒光原理及其與病原菌尺寸效應的大腸桿菌O157：H7的快速檢測方法。

蔣曉華[6]構建出熒光生物傳感器特異性識別沙門氏菌，用該方法對新鮮蝦肉進行檢測時，加標試驗的相對標準偏差為5.9%～7.8%。Li[7]組裝的多熒光磁性多功能納米探針，能同時檢測大腸桿菌O157：H7和鼠傷寒沙門氏菌，可用于牛奶中目標菌的檢測。

4發展前景

4.1優勢與問題

核酸適配體可以結合的靶標范圍廣泛，運用SELEX技術可以針對各類靶分子進行核酸適配體的篩選，只需經過一次篩選和測序，可以實現多重檢測，易于修飾，方便熒光標記。因為核酸適配體的高親和力高特異性，熒光傳感器定量精確。

核酸適配體的篩選過程繁瑣且重復性高，無法簡單、快速篩選獲得所需核酸適配體。實際檢測時針對不同食品污染因素的核酸適配體種類有限，致病菌的高度變異性也給核酸適配體的高效特異識別造成一定困難。

熒光傳感器樣品前處理較為復雜，需專業儀器，檢測成本相對較高，不適用于現場檢測，目前的研究大多停留在實驗室階段，人工污染樣品的檢測也集中在牛奶、肉和水樣。因此目前對于核酸適配體與靶分子的結合位點也缺乏系統性的研究和評價手段。

4.2發展方向

核酸適配體篩選過程繁瑣且重復性高，如何一次性對多個分析物進行同時高效、快速、準確的檢測也是其發展的重點。除了進一步縮短篩選時間和提高篩選效率，還需解決核酸適配體在體內容易被降解的問題。

隨著納米技術的快速發展，熒光納米材料因具有熒光強度高、光穩定性優越、靈敏度高和設計多樣化等特點受到關注。將適配體特異性識別和熒光納米材料高效信號轉換、放大功能互補結合，研發適配體熒光納米探針，為食品危害因子檢測提供了一種新型、高效的分析技術保障。

參考文獻：

[1]Li J ， Lu Y . A Highly Sensitive and Selective Catalytic DNA Biosensor for Lead Ions[J]. Journal of the American Chemical Society， 2000， 122（42）：10466-10467.

[2] Zhang L ， Han B ， Li T ， et al. Label-free DNAzyme-based fluorescing molecular switch for sensitive and selective detection of lead ions[J]. Chemical Communications， 2011， 47（11）：3099.

[3] Meng， Hongmin， Tan，等. A label-free DNAzyme fluorescence biosensor for amplified detection of Pb2+-based on cleavage-induced G-quadruplex formation[J]. Talanta the International Journal of Pure & Applied Analytical Chemistry， 2016.

[4] 樊超. 熒光分子印跡聚合物檢測玉米赤霉烯酮的研究[D].天津科技大學，2014.

[5] 劉鼎. 碳點與分子印跡技術在農藥檢測中的應用[D].華中農業大學，2015.

[6] Duan Y ， Wang L ， Gao Z ， et al. An aptamer-based effective method for highly sensitive detection of chloramphenicol residues in animal-sourced food using real-time fluorescent quantitative PCR[J]. Talanta， 2017， 165：671-676.

[7] 方順燕，宋丹，劉艷萍，徐文娟，劉佳瑤，韓向峙，龍峰.用于Escherichia coli O157：H7直接快速檢測的倏逝波熒光核酸適配體傳感器研究[J/OL].生物技術通報：1-7[2020-06-24].https：//doi.org/10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1132.

[8] 蔣曉華，丁文捷，欒崇林，代建國.金屬有機骨架材料-核酸適配體熒光法檢測沙門氏菌[J].分析測試學報，2018，37（05）：556-561.

[9] Linyao， Qingjin， Liao，等. Magnetism-Resolved Separation and Fluorescence Quantification for Near-Simultaneous Detection of Multiple Pathogens[J]. Analytical chemistry， 2018.

作者簡介：

王沁園 ，1998，女，籍貫：山東高密，學歷：大學本科，專業：水產養殖學專業。

二作：劉子文 三作：藺雯雯 李亦非 王舒淇。