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

毛伟伟 魏小红 尤金坤 张红艳

引用本文: 毛伟伟, 魏小红, 尤金坤, 张红艳. 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[J]. 化学通报, 2020, 83(12): 1081-1088. shu
Citation:  Mao Weiwei, Wei Xiaohong, You Jinkun, Zhang Hongyan. Progress in Electrochemical Aptamer Biosensors for the Detection of Ochratoxin A[J]. Chemistry, 2020, 83(12): 1081-1088. shu

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

    通讯作者: 张红艳  女, 博士, 副教授, 主要从事生物传感和药物分析新方法研究。E-mail:38516098@qq.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金项目(81703695)、福建省自然科学基金项目(2016J01385)和福建省教育厅新世纪人才计划项目资助

摘要: 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。

English

  • 赭曲霉毒素(Ochratoxin)作为一类重要的真菌毒素,主要是由某些曲霉属和青霉属真菌产生的次级代谢产物[1],包括了赭曲霉毒素A(OTA)、赭曲霉毒素B(OTB)、赭曲霉毒素C(OTC)等7种结构类似物。其中,OTA的毒性最强,主要归因于其结构中的二氢异香豆素环上氯原子的存在[2]。OTA的毒性主要包括肾毒性、免疫毒性、细胞毒性、致畸和致癌作用等[3, 4],国际癌症研究机构(IARC)早在1993年已将其归为ⅡB类致癌物。OTA可广泛存在于自然界中,可能污染多种农作物和药用植物[5, 6],并且OTA具有较高的稳定性,在合适的条件下可以长期存在,常规的食品加工并不能完全去除这些有毒化合物[7],人类主要通过食用受污染的农副产品而接触OTA,从而对生命健康造成巨大的危害。

    在自然界中,真菌毒素的共存是常见的现象,一种真菌可产生多种不同的真菌毒素,而同一种真菌毒素也可由几种真菌产生,这就导致OTA所处的基质中可能含有多种相似的真菌毒素[8]。因此,针对OTA的检测手段必须要对目标物具有高特异性,以避免假阳性结果。此外,由于OTA的含量很低,往往以痕量存在,这也给OTA的检测带来一定的挑战。

    传统的OTA检测方法主要有仪器分析法和免疫分析法。仪器分析法如高效液相色谱法(HPLC)检测OTA的灵敏度高,可进行定性和定量分析,结果精确,但需要复杂的前处理过程,检测程序繁琐,且仪器价格昂贵,需要专业检测人员操作,无法满足现场快速检测的需求[9];以酶联免疫吸附法(ELISA)为主的免疫分析法是通过抗原与抗体特异性结合,将游离的杂蛋白和结合于固相载体的目标蛋白分离,并利用特殊的标记物对其定性或定量分析的一种检测方法。免疫分析技术是一种成熟、先进且应用广泛的检测技术,该法具有快速高效、灵敏度高、特异性强且重复性好等诸多优点,能用于食品和中药材等多种基质中OTA的高灵敏检测[10, 11]。同时,基于免疫分析法的多种试剂盒的开发为真菌毒素的快速检测提供了更多选择。但研究人员在应用免疫分析法进行分析检测的过程中也发现了该方法的一些问题,如存在交叉反应、基质干扰、假阳性结果等,并且该法需要高质量的抗体,而抗体的制备既耗时又易受多种因素的影响[12],这些都促使科研工作者们积极寻找抗体的替代物。近年来,人们将目光转到有“化学抗体”之称的核酸适配体上,并且开发了越来越多的生物传感技术用于OTA的检测。本文介绍了近年来经典的OTA检测方法和基于适配体的电化学生物传感检测方法,并主要通过适配体的优化、新型材料应用以及生物信号放大技术的应用这三个方面来介绍该传感策略的研究进展,同时展望了电化学适配体传感器在OTA分析领域的发展趋势,希望为其深入研究与应用提供参考。

    电化学生物传感器是由生物识别元件和信号转换元件组成,通常以电极作为转换元件,以DNA、酶、适配体、抗体和氨基酸等生物分子作为识别元件[13],将生物分子间相互作用产生的各种物理、化学等信号转换成电阻、电位、电流等形式作为特征检测信号输出,从而实现对待测物的检测。相对于传统的OTA检测手段而言,电化学生物传感器设备简单、体积小、易自动化、便于携带,同时兼备响应快、灵敏度和准确度高和选择性好等优点[14],近年来电化学生物传感器在生物、医学、食品药品检验等领域都有着重要的应用[15, 16]

    核酸适配体(Aptamer),又称适配体,是一类通过体外筛选指数富集配体系统进化技术(SELEX)得到的寡核苷酸片段(单链DNA或RNA)。适配体具有识别范围广、制备和合成过程简单、亲和度高、特异性高等优点[17, 18],当适配体与目标物共存时,适配体会发生适应性折叠构成热力学性质稳定的三维空间结构,并通过氢键、离子键及碱基堆积等作用方式与目标物产生类似抗体-抗原的高特异性结合,因此适配体又被称为“化学抗体”。此外,适配体还拥有易修饰、可体外筛选、配体广泛、稳定性高和无免疫原等优点[19],因此通过引入相应的核酸适配体来代替抗体可设计具有更好的稳定性和适用性的电化学生物传感器。

    基于适配体的电化学生物传感器主要以核酸适配体作为分子识别元件,根据适配体与目标分析物结合前后电化学信号的变化来进行分析检测,这些变化可以通过伏安法[20]、安培法[21]或阻抗法[22]来读取,根据具体检测方法的不同可主要分为伏安型和阻抗型。

    伏安型适配体传感器主要通过可变电压产生的电流响应实现检测,电流响应的产生可能是由于目标物的氧化或还原,也和适配体与目标物的相互作用导致电活性元素或电化学过程变化有关。作为最常用的检测方法,伏安法主要包括循环伏安法(CV)、微分脉冲伏安法(DPV)和方波伏安法(SWV)等[23]。例如,Wei等[24]设计了一种微型化电化学适配体传感器用于同时检测OTA和伏马菌素B1(FB1)。分别在金纳米棒(AuNRs)溶液中用硫堇(Th)标记OTA适配体(Apt1)形成Apt1-AuNRs-Th复合物,用二茂铁(Fc)标记FB1适配体(Apt2)形成Apt2-AuNRs-Fc复合物,Apt1-AuNRs-Th复合物和Apt2-AuNRs-Fc复合物分别与固定在金电极表面的互补DNA(cDNA)上端和下端部分杂交,形成独特的Y型结构(图 1)。无OTA和FB1存在时,由于电极表面存在大量的Apt1-AuNRs-Th和Apt2-AuNRs-Fc,可测得两个较大的DPV信号;加入OTA和FB1后,Apt1和Apt2分别与OTA和FB1结合,使Apt1-AuNRs-Th复合物和Apt2-AuNRs-Fc复合物与cDNA解离并远离电极表面,导致DPV信号明显减小。该方法可同时测定1.0pg/mL~100ng/mL浓度范围内的OTA和FB1,检出限分别为0.47pg/mL和0.26pg/mL。

    图 1

    图 1.  基于Apt2-AuNRs-Fc/Apt1-AuNRs-Th/cDNA/AuE的OTA和FB1检测原理[24]
    Figure 1.  Schematic representation of OTA and FB1 detection based on Apt2-AuNRs-Fc/Apt1-AuNRs-Th/cDNA/AuE[24]

    Wang等[25]利用β-环糊精的主客体识别作用构建了一种电化学适配体传感器用于检测OTA,采用DPV法可准确检测OTA存在时产生的信号变化,该法的线性范围为0.1~50 nmol/L,检出限低至0.06nmol/L。

    SWV法是一种对信号变化特别敏感的电化学测量技术,通常可用于目标物的快速检测。例如,Somerson等[26]开发了一种OTA电化学适配体传感器,利用SWV法对该系统进行分析,每次测量只需几秒钟;Chrouda等[27]利用适配体复合物与目标物结合时构象的变化来获得电化学信号,研制了一种新型的小分子无标记传感器用于检测OTA,采用SWV技术检测OTA存在时的电子转移率,检出限为0.01ng/L。

    阻抗型适配体传感器的检测主要是基于阻抗值随相关目标分析物浓度的变化而变化。与其他电化学方法相比,电化学阻抗谱(EIS)是一种无标记、非破坏性、精确快速的技术[28],用于检测在传感器界面上发生的微量反应过程而引起的电结构特性的变化,可以用来确定电化学过程的定量参数。例如,Gökçe等[29]基于铅笔石墨电极(PGE)构建了一种新型阻抗型无标记适配体传感器用于检测OTA。该传感器通过在PGE电极表面修饰4-羧基苯基重氮盐,并通过酰胺偶合作用固定氨基修饰的OTA适配体,以亚铁氰化物/铁氰化物作为氧化还原探针,当OTA存在时,OTA与适配体形成复合物导致电子转移电阻(Rct)增加,Rct值的变化依赖于OTA的浓度,线性范围为0.1~2.0 ng/mL,检出限低至0.1ng/mL,该传感器成功应用于啤酒样品中OTA的测定。Nan等[30]利用巯基化适配体与金纳米粒(AuNPs)的层层自组装技术,研制了一种简单、灵敏的无标记OTA阻抗型适配体传感器,通过EIS测得的Rct值与OTA浓度成正比,线性范围良好(0.1~10.0 ng/mL),检出限较低(0.030ng/mL),并成功应用于餐酒和葡萄汁中OTA的检测。Wei等[31]以AuNPs结合羧酸多孔碳为界面材料,开发了一种用于OTA检测的超灵敏阻抗型适配体传感器,检出限为10fg/mL。Gu等[32]将双金属普鲁士蓝类似物与AuNPs偶联形成复合材料,利用该复合材料优良的导电性以及与适配体的相互作用构建了一种检测OTA的阻抗型适配体传感器,通过EIS分析表明该方法的线性范围为50fg/mL~10ng/mL,检出限低至5.2fg/mL。

    赭曲霉毒素通常以痕量存在,用于OTA检测的电化学适配体传感器应具备优良的灵敏度、选择性以及较低的检出限,因此针对传感器的改进和提升是近年来该领域研究的热点和发展趋势。电极作为电化学适配体生物传感器中主要元件之一,近年来人们进行了许多研究来提高传感器材料的传感能力和质量,将不同的材料修饰到玻碳、金、铂等电极表面,得到相应的修饰电极以获得更高的灵敏度和选择性;同时,适配体的优化以及对电化学信号的放大可获得更优秀的传感检测性能。下面将从这些方面讨论近年来OTA电化学适配体传感器的研究与应用。

    2008年,Cruz-aguado等[33]首次报道了将适配体用于OTA的检测,并获得了良好的检测结果,此后将适配体用于OTA检测的研究不断深入。SELEX技术是筛选适配体的关键技术,然而目前SELEX技术的整体成功率不高[34],原因之一在于SELEX技术涉及到目标寡核苷酸的聚合酶链式反应(PCR)扩增,有时低亲和力的寡核苷酸比高亲和力的寡核苷酸更有效地扩增,这就造成了低亲和力的寡核苷酸被作为目标适配体被筛选出来[35],这些适配体对目标物的亲和力较低,大大降低了适配体生物传感检测的选择性,适配体对目标物的亲和力可用解离常数(Kd)来表示,Kd越小,则说明二者的亲和力越高。研究表明,低亲和力的适配体可通过SELEX后优化技术(Post-SELEX,对SELEX技术筛选出的寡核苷酸进行修饰或改造的方法)来提高其对目标物的亲和力[36]。例如,Xu等[37]提出了一种以目标物结构为导向的Post-SELEX优化方法,借助适配体-OTA复合物的结构,采用结构导向的Post-SELEX方法设计出新的适配体CGGGGCGAAGCG GGTCCCG(OBA3Kd为1.4±0.1μmol/L),对比通过SELEX筛选出的适配体GGGGTGAAACGGGT CCCG(OBAwtKd为81±2μmol/L),结构导向Post-SELEX设计的OBA3对OTA的亲和力提高了50倍以上,该策略为提高OTA电化学生物传感器的选择性和稳定性提供了新的可能,但具体的应用有待科研工作者进一步深入研究。

    材料技术的不断发展为OTA电化学适配体传感器的构建带来更多可能,其中纳米材料的应用最多[38]。金属纳米粒、碳纳米管等纳米材料具有易合成、比表面积大、导电性好、易与生物分子结合等优点,用作电极修饰材料可连接生物分子和电极,加速两界面间的电子传递。此外,由于纳米材料的表面效应和小尺寸效应,使其修饰的电极具有更大的比表面积以及更多的活性位点,可增加在电极表面固定的适配体数量。纳米材料的发展在OTA敏感电化学检测、稳定的适配体固定化和高效的适配体传感等方面都提供了很好的技术支持。

    3.2.1   金属纳米材料

    金属纳米材料是指具有纳米结构的金属、金属氧化物、双金属纳米粒子等新型多功能材料,其中最常用的是贵金属(如金、银等)纳米粒子,并且已有许多研究将其用于OTA电化学适配体传感器的构建[39~41]。金、银纳米粒子可作为生物分子的电活性标记物或载体材料,银纳米粒子的价格更便宜,但稳定性和可修饰性不如金纳米粒子。单一金属纳米粒的负载能力和电催化活性有限,采用双金属可产生更强的电催化活性和氧还原耐久性[42, 43]。例如,Chen等[44]利用双AuNPs构建了一种用于OTA检测的超灵敏电化学适配体传感器(图 2)。其中一个AuNPs的主要功能是负载更多的辅助探针,另一个AuNPs的主要功能是负载更多的信号探针,该传感策略的检出限低至0.001ppb,线性范围超过6个数量级。金属纳米粒可通过与其他新型材料结合应用,进一步提高传感器的性能。例如,金属有机骨架(MOFs)具有多孔结构、较大比表面积、易功能化和不饱和金属位点等特点[45],适当的化学修饰可以赋予MOFs特殊的功能。Zhang等[46]以Ag-Pt双金属纳米粒子修饰的铁卟啉MOF(PCN-223-Fe)为电化学探针,实现了对OTA的超灵敏检测。与银纳米粒子相比,Ag-Pt双金属纳米粒子的电催化活性显著提高。该传感器在铁卟啉修饰的MOFs上原位组装了Ag-Pt双金属纳米粒子,获得了结构良好的复合材料,避免了游离金属纳米粒子的聚集,也提高了氧化还原的电催化活性,检出限为14fg/mL,并且成功用于红酒和玉米样品中OTA的检测。

    图 2

    图 2.  基于双AuNP偶联物(A)、单AuNP偶联物(B)、传统无AuNPs(C)的电化学适配体传感器用于OTA的放大检测原理图[44]
    Figure 2.  Schematic diagram of the (A) dual AuNP conjugates, (B) single AuNP conjugates, and (C) traditional method (non-AuNPs) based electrochemical aptasensors for amplified assay of OTA[44]

    与AuNPs相比,AuNRs具有更高的吸收能力和独特的纵向局域表面等离子体共振,对介电环境更加敏感,对生物分子的定量也更加敏感[47]。AuNRs对巯基改性分子具有高亲和力和高导电性,将巯基适配体固定在AuNRs上,同时借助硫堇和二茂铁等电化学标记物,可形成信号放大元件和分子识别元件。Wei等[48]利用AuNRs比表面积大、导电性好等优点,将其作为固定纳米DNA四面体结构纳米材料(DTN)的载体以促进电子转移,从而构建了一种超灵敏的电化学生物传感器平台,在优化条件下,OTA的线性范围为0.001~0.5 ng/mL,检出限为2.6pg/mL,该传感器具有良好的重复性和再现性。

    3.2.2   碳基纳米材料

    碳基纳米材料(CBNs)具有良好的光、电、磁、机械性能,当CBNs结构达纳米尺寸时,其性质将随着尺寸和表面化学性质的变化而变化,常用于电化学检测领域的CBNs主要有碳纳米管、碳纳米片和石墨烯等[49, 50]。碳纳米管具有比表面积大、表面π电子丰富、孔隙大小可控等优点,是一种理想的电极材料。有研究将单壁碳纳米管作为信号放大器、亚甲基蓝(MB)作为氧化还原指示剂、适配体互补链(CSs)作为辅助DNA在经适配体修饰的金电极上形成笼状结构混合物,该混合物在OTA存在时,产生了非常显著的峰值电流差异,该方法可以准确检测葡萄原汁和血清样品中的OTA,检出限分别为58pmol/L和134pmol/L[51]。Zhu等[52]利用g-C3N4纳米片(g-CNNS)对H2O2的催化作用及其对单链DNA的高亲和力,构建了一种无标记的OTA的电化学适配体传感器(图 3)。该传感器将适配体与固定在电极上的cDNA结合形成双链DNA(dsDNA),当没有OTA存在时,由于g-CNNS对刚性dsDNA的亲和力较弱,g-CNNS无法附着在电极上,导致电流响应较弱;当存在OTA时,OTA会与适配体结合形成更稳定的复合物,同时cDNA恢复单链状态并通过π-π堆积与g-CNNS结合,g-CNNS可模拟过氧化物酶催化H2O2氧化,产生强电流响应,在0.2~500 nmol/L范围内,电化学信号与OTA浓度成正比,检出限为0.073nmol/L。

    图 3

    图 3.  基于g-C3N4纳米片的OTA电化学适配体传感器原理图[52]
    Figure 3.  The schematic diagram of OTA electrochemical aptasensor based on g-C3N4 nanosheet[52]

    新型材料的应用确实为构建OTA电化学适配体传感器提供了更多的选择与可能,但也要考虑所选材料的优缺点。金属纳米材料可将金属的理化性质与纳米材料的性质有机结合,使其兼具纳米材料的一般性质和金属材料独特的电催化活性。当金属晶粒细化至纳米尺寸时,大幅度提高其强度和硬度的同时,也引入了大量的晶界,使得金属纳米材料的结构稳定性变低,晶粒长大倾向明显[53]。这种固有的不稳定性会给金属纳米材料的制备带来难度,也一定程度上限制了金属纳米材料的实际应用。与金属纳米材料相比,碳基纳米复合材料易于合成,并且也有良好的生物相容性、催化性能以及电化学性能等[54],目前也被广泛用于电化学传感策略。除了金属纳米材料和碳基纳米材料外,还有如碳气凝胶[55]、Janus粒子[56]、量子点(QDs)[57]、磁性纳米材料[58]等其他材料被开发用于构建OTA电化学生物传感器。可以预见的是,随着材料科学的不断发展,将会有越来越多的优秀传感材料用于构建并提高OTA电化学适配体生物传感器的性能。

    由于适配体的本质是核酸,近年来生物信号放大技术不断被用于进一步提高OTA电化学适配体传感器的检测灵敏度。核酸辅助信号放大是基于碱基互补配对原理的生物分子自组装,主要包括PCR、滚环扩增(RCA)、超支化滚环扩增(HRCA)和环介导等温扩增(LAMP)等技术,扩增后的核酸可以携带更多的电化学活性物质,实现传感检测的信号放大[59]。然而大多数电化学传感器是通过单个信号对待测物进行检测,其结果容易受到一些因素(如电极的修饰和检测环境差异等)的影响,特别是对于痕量检测[60],仅仅依靠生物信号放大技术无法消除这些因素的影响。因此,可结合其他方法如比率信号策略等对检测信号进一步优化放大。

    比率信号策略利用两个信号的比率来定量分析,可以通过比率校正来克服单信号受到的外部干扰,从而使分析结果具有更高的可靠性和准确性[61]。例如,Zhu等[62]基于MB与DNA结合的双重信号放大策略,利用目标诱导的电极构象变化来实现电化学信号输出,研制了一种比率型电化学适配体传感器用于OTA的检测(图 4)。该传感器利用DNA为辅助的信号放大方式,将Fc标记的互补DNA(Fc-cDNA)、OTA适配体和辅助互补DNA(hDNA)结合形成dsDNA结构,该结构会引起Fc远离电极,同时结合一定量的MB。Fc越靠近电极,其氧化电流(IFc)越大,而MB氧化电流(IMB)的大小取决于dsDNA和单链DNA(ssDNA)对电极上MB的结合能力,电极上的MB越多,IMB越大。再结合比率信号策略,可有效校正检测结果,当没有OTA存在时该系统可捕获到一个较小的IFc值和较大的IMB值。当有OTA存在时,它与适配体的特异性结合可诱导适配体和hDNA从电极上释放出来,随后形成了cDNA的发夹结构,该结构可使Fc靠近电极,同时与MB的结合能力变弱,导致IFc值增加、IMB值减少。最后通过测量IFcIMB的比值(IFc/IMB),可以准确检测OTA。该传感策略的线性范围为10pg/mL~10ng/mL,检出限为3.3pg/mL,成功应用于小麦中OTA的测定,并通过HPLC-MS对结果进行了验证。

    图 4

    图 4.  基于MB与DNA结合的双信号放大策略原理图[62]
    Figure 4.  Schematic diagram of dual signal amplification strategy based on MB and DNA binding[62]

    电化学信号很容易受到背景信号的干扰,以酶辅助目标回收的信号放大技术为电化学信号优化提供了新的思路。核酸酶按其活性位点可分为外切酶和内切酶,可识别和裂解特定的核苷酸序列或功能基团,这些酶在基于DNA的电化学OTA适配体传感系统中消化了未被利用的DNA探针从而减少背景信号的影响,实现信号的放大[63, 64]。DNA本身的导电性较弱,通过DNA金属化可加强其导电性,然而DNA金属化也会引起背景电流过大的问题而限制了其应用。例如,Suea-Ngam等[65]利用核酸外切酶I(Exo I)结合银金属化DNA构建电化学适配体传感器检测OTA,用Exo I降解加入OTA后未占用的适配体,该方法系统解决了基于溶液的反应中的基体干扰和来自DNA金属化的高背景信号的问题,检出限为0.7pg/mL,定量限为2.48pg/mL,线性范围为0.001~100 ng/mL。Wang等[66]结合β-环糊精的主客体识别作用与核酸外切酶构造一个双重信号放大电化学OTA适配体传感器,以3’端标记MB的cDNA作为探针DNA,将OTA适配体与cDNA杂交形成dsDNA。引入OTA后,适配体倾向于形成G-四链体结构的适配体-OTA复合物,而不是适配体-cDNA双链,这就导致探针DNA从dsDNA复合物中分离出来;加入RecJf外切酶可破坏部分的G-四链体结构,释放一定数量的OTA,这些释放的OTA会继续与剩余的适配体发生反应,形成新的G-四链体复合物,实现目标循环。此外,信号分子MB随着cDNA被RecJf核酸外切酶降解成单核苷酸而释放出来,由于β-环糊精的主客体识别MB能够扩散到电极表面,产生了增强的信号。该法在核酸外切酶和β-环糊精的共同作用下实现了被测物的双重信号放大,线性范围为10pg/mL~10ng/mL,检出限低至3pg/mL。

    总之,经典生物信号放大技术如PCR、RCA等可实现检测信号的放大,然而当赭曲霉毒素的检测趋于向实际样品检测的方向发展时,由于实际样品中OTA测定的干扰因素较多,使检测结果不够准确。生物信号放大技术结合比率信号策略可对内在背景信号产生内置校正,以减少背景干扰,提供更准确的信号,有利于提高电化学生物传感的灵敏度,但其操作过程较为繁琐;采用酶辅助目标回收技术可以有效地消除多余基因探针带来的背景干扰,与纳米粒子、石墨烯等物质催化的许多放大技术相比,该生物信号放大技术的优势主要在于其简化的过程,无需复杂的制备,但其价格较为昂贵。

    赭曲霉毒素可通过污染农作物和药用植物等进入食物链,对人类健康造成威胁,其中OTA的毒性最强。OTA常以痕量形式存在于复杂基质中,使得OTA的检测具有一定的挑战性。传统的检测手段因其固有缺陷而限制了其广泛使用,电化学生物传感器设备简单、便于携带,同时具有响应快、灵敏度和准确度高和选择性好等优点,适用于OTA的现场快速检测。适配体作为一种新型的生物识别分子有着很多抗体无法比拟的优势,将其与电化学生物传感器相结合,可使传感具有更强的适用性,使OTA的快速现场检测成为可能。

    目前,电化学适配体生物传感器在OTA检测中的应用取得了一定的发展,但仍然存在一些亟待解决的问题,通过对近年来该传感技术在适配体的优化、新型材料应用以及生物信号放大技术的应用这三个方面的现状进行梳理,笔者认为OTA电化学适配体传感检测未来的发展可能集中在以下几个方面:(1)筛选、修饰亲和力更强的、成本更低的核酸适配体以提高选择性,从而实现对OTA更强的特异性识别;(2)开发高生物相容性的新型纳米材料用于传感器的构建,提高传感器的灵敏度和稳定性;(3)利用不同信号优化策略与生物信号放大技术相结合,通过信号放大的方式提高传感器的灵敏度;(4)目前制备的OTA电化学适配体传感检测的实际应用很多还停留在实验室阶段,实际样品采用标准加入法检测,而不是在实际样品中分批测定,实际样品基质中往往存在与OTA相似的真菌毒素或其他可能干扰检测结果的物质。因此,开发OTA电化学适配体传感器在真实样本上的应用、实现OTA的快速现场分析尚需要科研工作者的奇思妙想和不懈努力。


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  • 图 1  基于Apt2-AuNRs-Fc/Apt1-AuNRs-Th/cDNA/AuE的OTA和FB1检测原理[24]

    Figure 1  Schematic representation of OTA and FB1 detection based on Apt2-AuNRs-Fc/Apt1-AuNRs-Th/cDNA/AuE[24]

    图 2  基于双AuNP偶联物(A)、单AuNP偶联物(B)、传统无AuNPs(C)的电化学适配体传感器用于OTA的放大检测原理图[44]

    Figure 2  Schematic diagram of the (A) dual AuNP conjugates, (B) single AuNP conjugates, and (C) traditional method (non-AuNPs) based electrochemical aptasensors for amplified assay of OTA[44]

    图 3  基于g-C3N4纳米片的OTA电化学适配体传感器原理图[52]

    Figure 3  The schematic diagram of OTA electrochemical aptasensor based on g-C3N4 nanosheet[52]

    图 4  基于MB与DNA结合的双信号放大策略原理图[62]

    Figure 4  Schematic diagram of dual signal amplification strategy based on MB and DNA binding[62]

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  • 发布日期:  2020-12-18
  • 收稿日期:  2020-06-30
  • 接受日期:  2020-08-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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