基于核酸适配体的荧光传感器在安全检测中的应用

王沁园 刘子文 蔺雯雯 李亦非 王舒淇

摘 要：核酸适配体是一段可以特异性识别并结合靶分子的寡聚核苷酸片段，具有亲和力强、稳定性好、易于修饰等特点，在食品安全的快速检测中具有重要意义。基于核酸适配体的荧光适配体传感器具有灵敏度高、定量准确等优点，是一项新型的食品安全检测技术。

关键词：核酸适配体;生物传感器;食品

1检测原理

核酸适配体是运用体外筛选技术筛选出来的15～40个碱基长度的单链结构DNA或RNA序列，能够特异性识别靶标分子具有较高亲和力，具有稳定性好、易于合成和修饰等优点。要得到特异性较强的核酸适配体，需从随机单链寡核苷酸文库中进行筛选。

荧光传感器的原理是以荧光基团标记核酸适配体，修饰的核酸适配体加入靶标后会改变适配体的构象，从而产生荧光偏振信号或者改变荧光强度，通过这种信号变化来检测靶标。

2发展过程

1990年，Tuerk 和Gold首次提出指数富集配体系统进化技术，利用该方法成功筛选出能够特异性结合T4DNA聚合酶的RNA寡核苷酸。核酸适配体概念由Ellington和Ssostak提出。

2000年，Li[1]首次设计了Pb（Ⅱ）-DNA酶荧光生物传感器实现了对Pb（Ⅱ）的高灵敏、选择性检测，检测限0.1× mol/L。2011年，Zhang[ ]设计了signal-off型荧光生物传感器实现了对Pb（Ⅱ）的检测;2016年，Fu[ ]报道了一种基于荧光信号的变化实现了对Pb（Ⅱ）的高灵敏定量分析，检测限再提升。

3应用实例

2014年，樊超[2]运用荧光分子印迹聚合物检测玉米中赤霉烯酮;2015年，刘鼎[3]用该方法对食品中农药进行检测。

2017年，Duan等[4]首次报道了使用实时荧光定量PCR高灵敏度检测食品中的氯霉素残留，该方法优化后能对牛奶样品中CAP残留进行高灵敏度检测。方顺燕[5]于2019年提出一种基于倏逝波荧光原理及其与病原菌尺寸效应的大肠杆菌O157：H7的快速检测方法。

蒋晓华[6]构建出荧光生物传感器特异性识别沙门氏菌，用该方法对新鲜虾肉进行检测时，加标试验的相对标准偏差为5.9%～7.8%。Li[7]组装的多荧光磁性多功能纳米探针，能同时检测大肠杆菌O157：H7和鼠伤寒沙门氏菌，可用于牛奶中目标菌的检测。

4发展前景

4.1优势与问题

核酸适配体可以结合的靶标范围广泛，运用SELEX技术可以针对各类靶分子进行核酸适配体的筛选，只需经过一次筛选和测序，可以实现多重检测，易于修饰，方便荧光标记。因为核酸适配体的高亲和力高特异性，荧光传感器定量精确。

核酸适配体的筛选过程繁琐且重复性高，无法简单、快速筛选获得所需核酸适配体。实际检测时针对不同食品污染因素的核酸适配体种类有限，致病菌的高度变异性也给核酸适配体的高效特异识别造成一定困难。

荧光传感器样品前处理较为复杂，需专业仪器，检测成本相对较高，不适用于现场检测，目前的研究大多停留在实验室阶段，人工污染样品的检测也集中在牛奶、肉和水样。因此目前对于核酸适配体与靶分子的结合位点也缺乏系统性的研究和评价手段。

4.2发展方向

核酸适配体筛选过程繁琐且重复性高，如何一次性对多个分析物进行同时高效、快速、准确的检测也是其发展的重点。除了进一步缩短筛选时间和提高筛选效率，还需解决核酸适配体在体内容易被降解的问题。

随着纳米技术的快速发展，荧光纳米材料因具有荧光强度高、光稳定性优越、灵敏度高和设计多样化等特点受到关注。将适配体特异性识别和荧光纳米材料高效信号转换、放大功能互补结合，研发适配体荧光纳米探针，为食品危害因子檢测提供了一种新型、高效的分析技术保障。

参考文献：

[1]Li J ， Lu Y . A Highly Sensitive and Selective Catalytic DNA Biosensor for Lead Ions[J]. Journal of the American Chemical Society， 2000， 122（42）：10466-10467.

[2] Zhang L ， Han B ， Li T ， et al. Label-free DNAzyme-based fluorescing molecular switch for sensitive and selective detection of lead ions[J]. Chemical Communications， 2011， 47（11）：3099.

[3] Meng， Hongmin， Tan，等. A label-free DNAzyme fluorescence biosensor for amplified detection of Pb2+-based on cleavage-induced G-quadruplex formation[J]. Talanta the International Journal of Pure & Applied Analytical Chemistry， 2016.

[4] 樊超. 荧光分子印迹聚合物检测玉米赤霉烯酮的研究[D].天津科技大学，2014.

[5] 刘鼎. 碳点与分子印迹技术在农药检测中的应用[D].华中农业大学，2015.

[6] Duan Y ， Wang L ， Gao Z ， et al. An aptamer-based effective method for highly sensitive detection of chloramphenicol residues in animal-sourced food using real-time fluorescent quantitative PCR[J]. Talanta， 2017， 165：671-676.

[7] 方顺燕，宋丹，刘艳萍，徐文娟，刘佳瑶，韩向峙，龙峰.用于Escherichia coli O157：H7直接快速检测的倏逝波荧光核酸适配体传感器研究[J/OL].生物技术通报：1-7[2020-06-24].https：//doi.org/10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1132.

[8] 蒋晓华，丁文捷，栾崇林，代建国.金属有机骨架材料-核酸适配体荧光法检测沙门氏菌[J].分析测试学报，2018，37（05）：556-561.

[9] Linyao， Qingjin， Liao，等. Magnetism-Resolved Separation and Fluorescence Quantification for Near-Simultaneous Detection of Multiple Pathogens[J]. Analytical chemistry， 2018.

作者简介：

王沁园 ，1998，女，籍贯：山东高密，学历：大学本科，专业：水产养殖学专业。

二作：刘子文 三作：蔺雯雯 李亦非 王舒淇。