核酸適配子在熒光生物傳感器中的應用

胡慧

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

核酸適配子在熒光生物傳感器中的應用

胡慧

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

核酸適配子與其靶標物的作用與抗原抗體相類似，但卻有著許多優于傳統蛋白質抗體的特點，核酸適配子在熒光生物傳感器中的應用越來越廣泛，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富集配體系統進化（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）技術從體外篩選得到的，能與相應配體專一性緊密結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］甚至是細胞［3］。近年來，核酸適配子日益受到國內外化學、蛋白質科學、生物醫學、納米材料、物理等多學科研究者的廣泛關注。

1　核酸適配子的特點

由于對靶分子表現出的高親和性結合和高特異性識別的特點，適配子有時被稱為“化學抗體”。實際上，它們表現出許多優于傳統蛋白質抗體的特點，主要如下：（1）靶分子范圍廣泛；（2）分子量小；（3）親和力強；（4）特異性高；（5）體外篩選；（6）化學合成；（7）穩定性好；（8）組成簡單。正是基于以上優點，核酸適配子已成為分子生物學、生物化學及生物醫學等多個領域的研究熱點之一，相關技術也得到了不斷的改進和完善。

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修飾使適配子成為熒光信標。國內外學者已經報道了大量的以適配子作為熒光探針的傳感體系，本節將對這些不同類型的熒光適配子傳感器進行介紹。

2.1單發色團法

此類傳感器將單個熒光團共價修飾到適配子的不同位置，當適配子與其對應的靶分子結合時，會產生構型重組，熒光團所在位置的電子環境發生變化，從而導致熒光團的光學性質發生變化，產生熒光增強或減弱。

2.2雙發色團發（適配子信標法）

此類傳感器將一對熒光基團和淬滅基團或兩個熒光基團共價修飾到適配子上，適配子與靶分子的結合會拉長或縮短熒光基團與淬滅基團（或第二個熒光基團）之間的距離，從而改變淬滅基團對熒光基團的淬滅效率或兩個熒光基團間的熒光共振能量轉移（FRET）情況，導致熒光強度的改變。這種方法既具有分子信標靈敏的信號轉導機制，又具有適配子的特異性識別功能。

2.3雙鏈 -復合物結構轉換法

此類傳感器利用了所有適配子都既能與互補的序列形成雙鏈結構又能與其靶分子形成復合物結構的特性。熒光基團標記的適配子與淬滅基團標記的部分互補鏈雜交形成雙鏈，產生FRET現象。靶分子與適配體結合后破壞雙鏈結構，使熒光基團熒光恢復。與適配子信標法相比，雙鏈-復合物轉換法操作比較復雜，但是可以擺脫對適配子構象的依賴，應用更為普遍。

2.4嵌合適配子法

無標記探針的策略在設計上更為巧妙，且具有操作簡單方便、花費少、探針容易制備等的優點，同時能達到和標記方法相當的靈敏度。此類傳感器即為免標記傳感器。其傳感體系包含三個區域：（1）識別區域，包含被測物的適配子，用來結合本身不發熒光的被測物；（2）報告區域，包含熒光染料的適配子，檢測過程中，適配子與被測物的結合會增強或減弱嵌合適配子與熒光染料的親和力，熒光信號隨之增強或減弱；（3）橋連區域，用以連接識別區域與報告區域，在被測物存在的情況下，將識別區域所發生的識別反應傳導至報告區域，引起染料分子與報告區域的結合，產生熒光增強或減弱響應。

2.5染料著色法

事實上，能作為嵌合適配子法中報告區域的適配子是有限的，隨后相繼出現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計上更為簡單，功能上更為實用。染料著色法中，嵌入式熒光染料同DNA結合時與游離在緩沖溶液中時熒光強度有著顯著的變化，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。與需要標記的熒光適配子傳感器相比，此類免標記傳感器最突出的優勢就是它適用于數目上遠遠超過DNA適配子但穩定性較差的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，適配子-靶分子復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性質。該方法無需發生化學反應，只依賴于聚合物與DNA之間發生的靜電作用及構型變化。

3　結語

隨著生命科學、能源科學、環境科學和材料科學的迅速發展，對分析化學提出了更高的要求：需要分析方法更簡單、分析結果更靈敏、分析對象更具選擇性。核酸適配子的出現，可以彌補生物傳感器中許多傳統識別元件的缺點和不足，為分析科學的發展提供了新的契機。

［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。