胡慧

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

核酸適配子在熒光生物傳感器中的應(yīng)用

胡慧

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

核酸適配子與其靶標(biāo)物的作用與抗原抗體相類似，但卻有著許多優(yōu)于傳統(tǒng)蛋白質(zhì)抗體的特點(diǎn)，核酸適配子在熒光生物傳感器中的應(yīng)用越來越廣泛，本文對各種類型的基于核酸適配子的熒光生物傳感器進(jìn)行了簡單的介紹。

核酸適配子；熒光；生物傳感器

核酸適配子是指通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）技術(shù)從體外篩選得到的，能與相應(yīng)配體專一性緊密結(jié)合的一類單鏈寡苷酸序列，它一般由幾十個核苷酸組成，可以是RNA 或單鏈DNA。其靶分子范圍廣泛，可以是分子［1］、離子［2］甚至是細(xì)胞［3］。近年來，核酸適配子日益受到國內(nèi)外化學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、納米材料、物理等多學(xué)科研究者的廣泛關(guān)注。

1　核酸適配子的特點(diǎn)

由于對靶分子表現(xiàn)出的高親和性結(jié)合和高特異性識別的特點(diǎn)，適配子有時被稱為“化學(xué)抗體”。實(shí)際上，它們表現(xiàn)出許多優(yōu)于傳統(tǒng)蛋白質(zhì)抗體的特點(diǎn)，主要如下：（1）靶分子范圍廣泛；（2）分子量小；（3）親和力強(qiáng)；（4）特異性高；（5）體外篩選；（6）化學(xué)合成；（7）穩(wěn)定性好；（8）組成簡單。正是基于以上優(yōu)點(diǎn)，核酸適配子已成為分子生物學(xué)、生物化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，相關(guān)技術(shù)也得到了不斷的改進(jìn)和完善。

2　基于適配子的熒光生物傳感器

適配子本身是不發(fā)熒光的，因此在基于適配子的熒光生物傳感器中，通常要引入外源熒光團(tuán)修飾使適配子成為熒光信標(biāo)。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)報道了大量的以適配子作為熒光探針的傳感體系，本節(jié)將對這些不同類型的熒光適配子傳感器進(jìn)行介紹。

2.1單發(fā)色團(tuán)法

此類傳感器將單個熒光團(tuán)共價修飾到適配子的不同位置，當(dāng)適配子與其對應(yīng)的靶分子結(jié)合時，會產(chǎn)生構(gòu)型重組，熒光團(tuán)所在位置的電子環(huán)境發(fā)生變化，從而導(dǎo)致熒光團(tuán)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)生熒光增強(qiáng)或減弱。

2.2雙發(fā)色團(tuán)發(fā)（適配子信標(biāo)法）

此類傳感器將一對熒光基團(tuán)和淬滅基團(tuán)或兩個熒光基團(tuán)共價修飾到適配子上，適配子與靶分子的結(jié)合會拉長或縮短熒光基團(tuán)與淬滅基團(tuán)（或第二個熒光基團(tuán)）之間的距離，從而改變淬滅基團(tuán)對熒光基團(tuán)的淬滅效率或兩個熒光基團(tuán)間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）情況，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度的改變。這種方法既具有分子信標(biāo)靈敏的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，又具有適配子的特異性識別功能。

2.3雙鏈 -復(fù)合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法

此類傳感器利用了所有適配子都既能與互補(bǔ)的序列形成雙鏈結(jié)構(gòu)又能與其靶分子形成復(fù)合物結(jié)構(gòu)的特性。熒光基團(tuán)標(biāo)記的適配子與淬滅基團(tuán)標(biāo)記的部分互補(bǔ)鏈雜交形成雙鏈，產(chǎn)生FRET現(xiàn)象。靶分子與適配體結(jié)合后破壞雙鏈結(jié)構(gòu)，使熒光基團(tuán)熒光恢復(fù)。與適配子信標(biāo)法相比，雙鏈-復(fù)合物轉(zhuǎn)換法操作比較復(fù)雜，但是可以擺脫對適配子構(gòu)象的依賴，應(yīng)用更為普遍。

2.4嵌合適配子法

無標(biāo)記探針的策略在設(shè)計上更為巧妙，且具有操作簡單方便、花費(fèi)少、探針容易制備等的優(yōu)點(diǎn)，同時能達(dá)到和標(biāo)記方法相當(dāng)?shù)撵`敏度。此類傳感器即為免標(biāo)記傳感器。其傳感體系包含三個區(qū)域：（1）識別區(qū)域，包含被測物的適配子，用來結(jié)合本身不發(fā)熒光的被測物；（2）報告區(qū)域，包含熒光染料的適配子，檢測過程中，適配子與被測物的結(jié)合會增強(qiáng)或減弱嵌合適配子與熒光染料的親和力，熒光信號隨之增強(qiáng)或減弱；（3）橋連區(qū)域，用以連接識別區(qū)域與報告區(qū)域，在被測物存在的情況下，將識別區(qū)域所發(fā)生的識別反應(yīng)傳導(dǎo)至報告區(qū)域，引起染料分子與報告區(qū)域的結(jié)合，產(chǎn)生熒光增強(qiáng)或減弱響應(yīng)。

2.5染料著色法

事實(shí)上，能作為嵌合適配子法中報告區(qū)域的適配子是有限的，隨后相繼出現(xiàn)了其他的如染料著色法的傳感體系，使熒光適配子傳感器在設(shè)計上更為簡單，功能上更為實(shí)用。染料著色法中，嵌入式熒光染料同DNA結(jié)合時與游離在緩沖溶液中時熒光強(qiáng)度有著顯著的變化，由此可以用此類熒光染料指示溶液中不與靶分子結(jié)合的適配子的比例。常用的核酸嵌入式熒光染料有［Ru（phen）2（dppz）］2+、溴化乙錠（EB）、DAPI、TOTO等。與需要標(biāo)記的熒光適配子傳感器相比，此類免標(biāo)記傳感器最突出的優(yōu)勢就是它適用于數(shù)目上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過DNA適配子但穩(wěn)定性較差的RNA適配子。

2.6適配子-聚合物共軛法

此類傳感器主要基于與陰離子單鏈DNA共軛的水溶性陽離子聚合物的熒光性質(zhì)，適配子-靶分子復(fù)合物的形成會阻礙聚合物-單鏈DNA共軛的形成，從而改變聚合物的光學(xué)性質(zhì)。該方法無需發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只依賴于聚合物與DNA之間發(fā)生的靜電作用及構(gòu)型變化。

3　結(jié)語

隨著生命科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和材料科學(xué)的迅速發(fā)展，對分析化學(xué)提出了更高的要求：需要分析方法更簡單、分析結(jié)果更靈敏、分析對象更具選擇性。核酸適配子的出現(xiàn)，可以彌補(bǔ)生物傳感器中許多傳統(tǒng)識別元件的缺點(diǎn)和不足，為分析科學(xué)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。

［1］ Bock L C，Griffin L C，Latham J A，et al.Selection of single-stranded DNA molecules that bind and inhibit human thrombin［J］.Nature，1992，355（6360）:564-566.

［2］ Ono A，Cao S，Togashi H，et al.Specific interactions between silver（I）ions and cytosine-cytosine pairs in DNA duplexes［J］.Chem Commun （Camb），2008（39）:4825-4827.

［3］ Herr J K，Smith J E，Medley C D，et al.Aptamerconjugated nanoparticles for selective collection and detection of cancer cells［J］.Anal Chem，2006，78（9）:2918-2924.

TP212.3

A

1003-5168（2015）11-061-01

胡慧（1989.1-）女，碩士研究生，研究方向： 熒光傳感器。