核酸适配子在荧光生物传感器中的应用

胡慧

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

核酸适配子在荧光生物传感器中的应用

胡慧

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

核酸适配子与其靶标物的作用与抗原抗体相类似，但却有着许多优于传统蛋白质抗体的特点，核酸适配子在荧光生物传感器中的应用越来越广泛，本文对各种类型的基于核酸适配子的荧光生物传感器进行了简单的介绍。

核酸适配子；荧光；生物传感器

核酸适配子是指通过指数富集配体系统进化（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）技术从体外筛选得到的，能与相应配体专一性紧密结合的一类单链寡苷酸序列，它一般由几十个核苷酸组成，可以是RNA 或单链DNA。其靶分子范围广泛，可以是分子［1］、离子［2］甚至是细胞［3］。近年来，核酸适配子日益受到国内外化学、蛋白质科学、生物医学、纳米材料、物理等多学科研究者的广泛关注。

1　核酸适配子的特点

由于对靶分子表现出的高亲和性结合和高特异性识别的特点，适配子有时被称为“化学抗体”。实际上，它们表现出许多优于传统蛋白质抗体的特点，主要如下：（1）靶分子范围广泛；（2）分子量小；（3）亲和力强；（4）特异性高；（5）体外筛选；（6）化学合成；（7）稳定性好；（8）组成简单。正是基于以上优点，核酸适配子已成为分子生物学、生物化学及生物医学等多个领域的研究热点之一，相关技术也得到了不断的改进和完善。

2　基于适配子的荧光生物传感器

适配子本身是不发荧光的，因此在基于适配子的荧光生物传感器中，通常要引入外源荧光团修饰使适配子成为荧光信标。国内外学者已经报道了大量的以适配子作为荧光探针的传感体系，本节将对这些不同类型的荧光适配子传感器进行介绍。

2.1单发色团法

此类传感器将单个荧光团共价修饰到适配子的不同位置，当适配子与其对应的靶分子结合时，会产生构型重组，荧光团所在位置的电子环境发生变化，从而导致荧光团的光学性质发生变化，产生荧光增强或减弱。

2.2双发色团发（适配子信标法）

此类传感器将一对荧光基团和淬灭基团或两个荧光基团共价修饰到适配子上，适配子与靶分子的结合会拉长或缩短荧光基团与淬灭基团（或第二个荧光基团）之间的距离，从而改变淬灭基团对荧光基团的淬灭效率或两个荧光基团间的荧光共振能量转移（FRET）情况，导致荧光强度的改变。这种方法既具有分子信标灵敏的信号转导机制，又具有适配子的特异性识别功能。

2.3双链 -复合物结构转换法

此类传感器利用了所有适配子都既能与互补的序列形成双链结构又能与其靶分子形成复合物结构的特性。荧光基团标记的适配子与淬灭基团标记的部分互补链杂交形成双链，产生FRET现象。靶分子与适配体结合后破坏双链结构，使荧光基团荧光恢复。与适配子信标法相比，双链-复合物转换法操作比较复杂，但是可以摆脱对适配子构象的依赖，应用更为普遍。

2.4嵌合适配子法

无标记探针的策略在设计上更为巧妙，且具有操作简单方便、花费少、探针容易制备等的优点，同时能达到和标记方法相当的灵敏度。此类传感器即为免标记传感器。其传感体系包含三个区域：（1）识别区域，包含被测物的适配子，用来结合本身不发荧光的被测物；（2）报告区域，包含荧光染料的适配子，检测过程中，适配子与被测物的结合会增强或减弱嵌合适配子与荧光染料的亲和力，荧光信号随之增强或减弱；（3）桥连区域，用以连接识别区域与报告区域，在被测物存在的情况下，将识别区域所发生的识别反应传导至报告区域，引起染料分子与报告区域的结合，产生荧光增强或减弱响应。

2.5染料着色法

事实上，能作为嵌合适配子法中报告区域的适配子是有限的，随后相继出现了其他的如染料着色法的传感体系，使荧光适配子传感器在设计上更为简单，功能上更为实用。染料着色法中，嵌入式荧光染料同DNA结合时与游离在缓冲溶液中时荧光强度有着显著的变化，由此可以用此类荧光染料指示溶液中不与靶分子结合的适配子的比例。常用的核酸嵌入式荧光染料有［Ru（phen）2（dppz）］2+、溴化乙锭（EB）、DAPI、TOTO等。与需要标记的荧光适配子传感器相比，此类免标记传感器最突出的优势就是它适用于数目上远远超过DNA适配子但稳定性较差的RNA适配子。

2.6适配子-聚合物共轭法

此类传感器主要基于与阴离子单链DNA共轭的水溶性阳离子聚合物的荧光性质，适配子-靶分子复合物的形成会阻碍聚合物-单链DNA共轭的形成，从而改变聚合物的光学性质。该方法无需发生化学反应，只依赖于聚合物与DNA之间发生的静电作用及构型变化。

3　结语

随着生命科学、能源科学、环境科学和材料科学的迅速发展，对分析化学提出了更高的要求：需要分析方法更简单、分析结果更灵敏、分析对象更具选择性。核酸适配子的出现，可以弥补生物传感器中许多传统识别元件的缺点和不足，为分析科学的发展提供了新的契机。

［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

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1003-5168（2015）11-061-01

胡慧（1989.1-）女，硕士研究生，研究方向： 荧光传感器。