Page 103 - 理化检验-化学分册 2021年第六期
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郑玉竹, 等: 基于功能核酸的纸基微流控芯片测定重金属离子的研究进展


        ２＋            ２＋             ２＋  ) 和银离子                  －１                        －１  内有良
   子( Pb )、 镉离子( Cd )、 汞离子( H g                      ０．３nmol    L , 同时在 １~５００nmol    L
       ＋  ) 等重金属的检测原理、 检出限和应用情况; 并                   好的线性关系.
   ( A g
                                                                         ２＋
   对微流控芯片在纸基上应用的发展方向进行展望,                                 但上述文献对 Pb 的研究均是在溶液中进行
   希望能对食品或环境检测等相关领域的研 究提供                            的, 相对于纸基上的应用而言, 不够方便快捷.在未
   帮助.                                               来的研究中可以考虑将其已经成熟的原理应用到纸
                                                     基上, 借助纸基自身的优势满足更高需求.
  １  μ PADs检测重金属离子
                                                     １．１．２  适体方法
   １．１  铅离子                                               适体是一种通过指数富集过程以及经济高效的
       近年基于功能核酸的重金属离子传感器的研究                          配体系统进化合成的单链寡核苷酸, 可折叠成特定
   取得了很大进展.使用 PADs检测铅离子的功能                           的二级和三级结构.与特定目标结合, 它们对不同
                        μ
   核酸根据 作 用 机 理 主 要 分 为 两 类: 脱 氧 核 糖 核 酸             的靶标具有高特异性亲和力.这些靶标包括相对分
   ( DNA ) 酶和适体.                                     子质量较小的无机( 如金属离子)/ 有机分子和相对
   １．１．１ DNA 酶方法                                     分子质量较大的生物分子( 如蛋白质).与抗体相
       DNA 酶( 也称催化脱氧核糖核酸) 是指通过体                      比, 适体因具有较低的相对分子质量、 出色的可持续
   外筛选方法获得的具有高效催化活性和结构鉴定能                            性, 以及易于修饰、 无免疫原性等特征, 可转化为优
   力的酶. DNA 酶由酶和底物链组成, 基于 DNA 酶                      越的生物传感元件         [ ２０Ｇ２５ ] . CHEN 等  [ ２６ ] 采用改进的
   的生物传感器具有多次翻转的特性, 可以用于设计                           基于靶向诱导释放链的亲和层析法, 以生物素标记
   输出信号放大、 荧光背景低的新型探针.但其底物                           的互补寡核苷酸为基础, 在链霉亲和素包被的琼脂
                                                                                         ２＋
   易降解, 成本比较高, 而且由于 DNA 酶的脆弱性,                       糖珠上结 合 单 链 DNA , 成 功 分 离 了 Pb 的 适 体.
                                                            ２＋
   使用时所有溶液都需用焦碳酸二乙酯处理来创建无                            基于 Pb 诱导配合物释放荧光标记的适体及其相
                                                     应的猝灭标记的短互补序列, 进一步设计了 Pb 生
                                                                                               ２＋
   核糖核酸( RNA ) 酶的环境.
       FU 等  [ １７ ] 基于 DNA 酶及其良好的特异性, 将              物传感器, 该生物传感器的动态线性范围为 １００~
                                                                   －１
   DNA 酶放大传感技术与裂解诱导的 GＧ 四链体形成                        １０００nmol    L .
   技术相结合, 设计了无标记的 DNA 酶荧光生物传                              而近几年, 有一类富含鸟嘌呤( G ) 的 DNA 序列
   感器, 用于 Pb 的放大“ 开启” 荧光检测.无标记信                      引起了研究者的关注.运用此寡核苷酸设计的生物
               ２＋
   号转导机制是基于锌( Ⅱ ) 原卟啉IX ( ZnPPIX ) 荧光                传感器通常是基于 Pb 从富含 G 的寡核苷酸序列
                                                                         ２＋
   团与 GＧ 四链体结合前后的荧光输出不同, 由靶诱导                        中形成 GＧ 四链体结构的事实.根据阳离子配位会
   裂解产生和释放.此外, 所有的 DNA 酶都可以被                         引起 GＧ 四 链 体 结 构 和 性 质 的 变 化, HE 等        [ ２７ ] 以
   释放以催化新一轮的反应, 利用这一优 势, 少量的                         铱( Ⅲ ) 配合物作为 GＧ 四链体的特异性荧光探针, 富
   Pb 就可以显著增强荧光强度, 因此检出限大大降                          含 G 的 DNA ( PS２．M ) 作为 Pb 的识别单元.在没
                                                                                ２＋
     ２＋
   低, 低至 ３nmol    L .同时, 无标记的 DNA 酶荧                 有 Pb 存 在 的 情 况 下, PS２．M 以 单 链 构 象 存 在,
                                                          ２＋
                     －１
                                                     铱( Ⅲ ) 探针与单链 DNA 之间因弱结合而产生微弱
   光生物传感器对干扰离子的选择性也很强. ZHU
   等  [ １８ ] 利用 GRＧ５DNA 酶对 Pb 固有的特定性和实               的发光信号; 在 Pb 存在时, 与 Pb 发生结合, 单
                              ２＋
                                                                      ２＋
                                                                                     ２＋
                                              ２＋
   时荧光定量聚合酶链反应( PCR ) 技术来检测 Pb ,                     链 DNA 序列( PS２．M ) 被诱导成 GＧ 四链体构象, 这
   该方法检测 Pb 时在 １~５００nmol    L 内有良好                   增强了铱( Ⅲ ) 探针的发光强度, 其详细的原理图如
                ２＋
                                      －１
   的线性关系, 检出限为０．７nmol    L . YUN 等            [ １９ ]  图 １ 所示.上述新开发的无标记适体生物传感器,
                                   －１
   基于 DNA 酶分支结构, 应用氧化石墨烯( GO ) 新型                    不需要昂贵的荧光标记寡核苷酸, 且方法简单、 快
   纳米材 料 设 计 出 ３ 种 DNA 酶 传 感 器, 同 时 检 测              速, 检出限低, 灵敏度高.
   Cu 、 Pb 和 M g 的荧光检测方法.此方法是通                           SUN 等   [ ２８ ] 利用文献[ ２７ ] 的研究原理即无标记
     ２＋
                  ２＋
           ２＋
   过各条适体标记不同的荧光素来检测不同的金属离                            寡核苷酸的发光开启测定法检测 Pb , 并作出一些
                                                                                     ２＋
   子, 将酶链( EＧDNA ) 和底物链( SＧDNA ) 组成的 ３ 个             改进.他们采用非常规原理设计了悬浮液滴模式
   荧光标记的 DNA 序 列 退 火, 形 成 DNA 酶 支 链 结                μ PADs , 并 经 加 热 孵 育 和 后 续 混 合 两 步 过 程 检 测
                       ２＋  进 行 检 测, 检 出 限 低 至        Pb . 此研究有两大突出亮点: 一是选用了印刷杂
                                                       ２＋
   构.该 传 感 器 对 Pb
                                                                                              ５ ６ ９
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