核酸適配體傳感器在血小板衍生生長因子檢測中應(yīng)用進(jìn)展

背景介紹核酸適配體（Aptamer），也稱為“化學(xué)抗體”，是通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（SELEX技術(shù)）篩選出來的一段單鏈核酸（DNA或RNA），能夠高親和力、高特異性地識別目標(biāo)物，具有分子量低、穩(wěn)定性高、免疫原性低、易于合成和修飾，成本低等特點，極大地促進(jìn)了血小板衍生生長因子-BB（PDGF-BB）生物傳感器的快速發(fā)展。因此，進(jìn)行PDGF-BB核酸適配體傳感器匯總和分類具有重要的意義。文章亮點01.根據(jù)信號輸出方式，比較分析了PDGF-BB核酸適配體傳感器的構(gòu)建策略，包括比色核酸適配體傳感器、熒光核酸適配體傳感器、電化學(xué)核酸適配體傳感器和電致發(fā)光核酸適配傳感器等，為不同類型傳感器的發(fā)展方向提供了借鑒與參考；02.總結(jié)并討論了核酸適配體在PDGF-BB生物傳感器構(gòu)建中的技術(shù)瓶頸和未來發(fā)展趨勢。內(nèi)容介紹1比色核酸適配體傳感器比色法是以顏色變化為分析基礎(chǔ)，通過肉眼識別或分光光度計監(jiān)測，實現(xiàn)對引起顏色變化的目標(biāo)物定性或定量檢測。由于操作簡單、價格低廉、無需高精密儀器設(shè)備、檢測效率高等優(yōu)點，是核酸適配體傳感器最為常用的檢測方法之一。2熒光核酸適配體傳感器熒光分析法是檢測蛋白質(zhì)最常用的分析方法，熒光基團(tuán)通過標(biāo)記或非標(biāo)記方式與核酸適配體結(jié)合，熒光強(qiáng)度、熒光衰減速率、以及熒光各向異性等可單獨或相互結(jié)合作為信號輸出方式，具有靈敏、快速、簡單且成本較低等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于PDGF-BB的熒光核酸適配體傳感器中。圖2

A.在存在和不存在PDGF-BB的情況下適配體傳感器的性能示意圖；B.可回收且靈敏的熒光適配體傳感器示意圖；C.基于兩種可調(diào)FRET模式的銀增強(qiáng)比率納米傳感器的制備及蛋白PDGF-BB的傳感；D.對應(yīng)于目標(biāo)誘導(dǎo)的DNA聚合酶激活和循環(huán)放大級聯(lián)的原理用于PDGF-BB的高靈敏熒光測定3電化學(xué)核酸適配體傳感器電化學(xué)核酸適配體傳感器是將電化學(xué)的高靈敏度檢測優(yōu)勢和核酸適配體的高特異性相結(jié)合，把核酸適配體識別信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過監(jiān)測電流、電位或阻抗等的變化來檢測目標(biāo)分子。圖3

A.基于均相熵催化驅(qū)動的DNA水凝膠作為強(qiáng)信號阻滯劑的PDGF檢測生物傳感器[38]；B.構(gòu)建的雙信號讀出適合傳感器示意圖:雙功能探針的制備和用于檢測PDGF-BB的EC-比色雙信號讀出傳感的原理[39]；C.基于適配體傳感器檢測PDGF-BB示意圖[7]；D.基于C-MEMS的PDGF-BB

適配體傳感器和電化學(xué)測試槽的制作過程示意圖[6]4電化學(xué)發(fā)光核酸適配體傳感器電化學(xué)發(fā)光（Electrochemiluminescence，ECL）是基于電極反應(yīng)產(chǎn)物之間或電極反應(yīng)產(chǎn)物與體系中組分之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得發(fā)光信號分子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)產(chǎn)生光輻射的技術(shù)。電化學(xué)發(fā)光法是電化學(xué)和化學(xué)發(fā)光技術(shù)的結(jié)合，兼具有電化學(xué)高靈敏度和化學(xué)發(fā)光的背景信號低等優(yōu)點，實現(xiàn)了簡單、高靈敏度、低成本檢測。5其他核酸適配體傳感器除以上幾種常見方法外，構(gòu)建了固相光纖表面等離子共振（FO-SPR）生物傳感平臺，如圖4B所示，固定在光纖上的適配體和固定在金納米粒子上適配體與PDGF-BB以“三明治”結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合，顯著放大了FO-SPR信號，實現(xiàn)對血清樣品中PDGF-BB的特異性檢測，檢測限為0.35pmol/L。通過使用無標(biāo)記的核酸適體和雙引物，構(gòu)建了一種簡單而新穎的用于檢測PDGF-BB的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）適配體傳感器，其原理如圖4C所示，分別采用核酸內(nèi)切酶和聚合酶輔助的核酸擴(kuò)增反應(yīng)，產(chǎn)生大量能打開修飾在金膜表面的發(fā)夾探針的探針，拉曼標(biāo)記的金納米顆粒探針可以與被打開的發(fā)夾探針雜交，從而固定在金膜表面，在金膜基底和探針之間產(chǎn)生耦合電磁場，實現(xiàn)SERS信號的放大，定量檢測PDGF-BB的檢測限可達(dá)到0.42pmol/L。該傳感器具有潛在的通用性，可以通過改變核酸適配體便很容易地設(shè)計用于其它生物分子的檢測。液晶（LCs）是一種兼具液體的流動性和固體的光學(xué)各向異性的材料，具有靈敏的取向響應(yīng)和雙折射等優(yōu)異理化特性，因此，作為一種“敏感元件”被廣泛應(yīng)用于生物傳感領(lǐng)域?；谶m配體與PDGF-BB識別作用引發(fā)的磁珠表面原位滾環(huán)擴(kuò)增(RCA)，構(gòu)建了高靈敏檢測血液中PDGF-BB液晶適配體傳感器。當(dāng)PDGF-BB存在的時候，磁珠表面的RCA可以發(fā)生，短鏈DNA擴(kuò)增成長鏈DNA。再將滾環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到對擴(kuò)增DNA敏感的十八烷基三甲基溴化銨（OTAB）修飾的液晶界面，導(dǎo)致液晶的外觀由暗變亮，從而實現(xiàn)PDGF-BB的檢測。該傳感器結(jié)合了磁珠高效富集分離、RCA高效延伸DNA和高敏感的液晶界面3者的優(yōu)勢，提高了檢測靈敏度，達(dá)到0.12pmol/L，比之前報道的LC傳感器靈敏度提升至少4個數(shù)量級。圖4

A.QDs@CNNS的ECL傳感器工作原理圖；B.

PDGF-BBFO-SPR生物傳感器示意圖；C.使用無標(biāo)記適配體的蛋白質(zhì)雙引物自發(fā)產(chǎn)生SERS信號增強(qiáng)試驗6結(jié)論與展望核酸適配體具有對目標(biāo)物高度的親和力和特異性，而且穩(wěn)定性高、易于合成和修飾，成本低等優(yōu)點，促使核酸適配體生物傳感器在臨床診斷領(lǐng)域備受關(guān)注。本文通過綜述近年來基于核酸適配體的PDGF-BB生物傳感器，期望對新型PDGF-BB以及其它生物標(biāo)志物核酸適配體傳感器的設(shè)計提供借鑒價值。盡管核酸適配體生物傳感器表現(xiàn)出良好的分析性能，但在有些方面有待進(jìn)一步提高，如在復(fù)雜生物體系中穩(wěn)