基于核酸信号放大的抗生素生物传感新策略研究

来源 :湖北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nilaopopodi
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近年来,抗生素滥用造成的残留污染问题以及抗生素耐药性的出现已经给人类身体健康和公众安全造成了严重危害。因此,开发快速、简便、灵敏的抗生素残留检测方法具有非常重要的意义。目前,常用的检测方法有色谱法和免疫学方法等,但是这些方法存在灵敏度低、耗时较长、需要熟练的人员和昂贵的设备等缺点。作为一种新兴的分析工具,生物传感器可方便用于各种目标分析物的简单、低成本、高选择和高灵敏分析。其中,基于核酸适配体构建的生物传感器因其独特的性能优势而受到人们的广泛关注。除了具有良好的特异性和稳定性之外,核酸适配体与其目标物之间的生物识别反应还可以引起其自身或相关核酸序列的构象变化,从而可以在此基础上结合各种核酸信号放大技术来构建各种具有较高分析灵敏度的生物传感新策略。为此,本论文将基于核酸适配体的高特异性生物识别反应与核酸内切酶、DNA酶等核酸信号放大技术相结合,设计和构建了两种可用于卡那霉素(Kana)抗生素检测的高灵敏光、电生物传感新方法:1.双重DNA酶催化G-四链体组装诱导纳米金聚集用于抗生素均相生物传感基于目标物生物识别反应诱导G-四链体组装和金纳米粒子(Au NPs)聚集,本工作发展了一种可用于Kana检测的新型比色生物传感方法。反应体系中的G-四链体结构由两个设计在镁离子DNA酶(MNAzyme)的两个发夹底物中的1/2劈开碱基序列组装而成。除了与适配体(Aptamer)链杂交外,MNAzyme序列也被分成两个1/2劈开碱基序列并设计在它的两个发夹底物中。在Kana与其核酸适配体生物识别反应后,MNAzyme链可以被定量释放,从而催化其分别修饰在Au NPs上的两个底物的裂解。这将导致G-四链体的两个1/2劈开碱基序列暴露在两个核酸修饰的Au NPs上,并同时释放MNAzyme的两个1/2劈开碱基序列。然后,K+辅助的G-四链体自折叠可以引起两个Au NPs的交联,从而实现基于Au NPs聚集的比色信号输出。同时,第二个MNAzyme的自组装还可以进一步显著放大信号响应。在最佳条件下,该方法具有5个数量级宽的线性范围,检出限低至76 fg m L-1。实际样品加标回收实验的回收率在98.4%到105.4%之间,与ELISA方法的相对误差均小于4.1%。此外,这一方法还具有选择性高、重复性好、稳定性好和操作简单等优点,因而具有良好的应用前景。2.基于核酸内切酶驱动DNA步行作用的双模式抗生素生物传感本工作基于磁珠(MB)表面修饰设计了一种DNA步行机,并利用目标物触发和核酸内切酶驱动的步行反应发展了一种可用于Kana检测的新型比色和电化学双模式生物传感方法。实验首先基于DNA步行反应释放的端粒引物链经端粒酶扩增生成G-四链体/hemin DNA酶来构建其比色信号转导策略。由于DNA步行和端粒酶扩增的双信号扩增技术,使得该方法可在0.1 pg m L-1至1 ng m L-1的范围内实现对Kana的灵敏检测,检出限低至22 fg m L-1。同时,还将目标物触发DNA步行反应产生的MB复合物设计为多足DNA步行机,从而在此基础上构建了该方法的电化学信号转导策略。利用另一个核酸内切酶来驱动此步行机在制备的DNA发夹修饰电极上进行步行,即可引起其二茂铁标记物的定量释放及电极的电化学信号降低。基于双重核酸内切酶驱动DNA步行的信号放大,该方法可在0.01 pg m L-1至1 ng m L-1线性范围内实现对Kana的高灵敏检测,检出限低至8.4 fg m L-1。由于这两种策略都具有操作简单,仪器成本低廉等优点,因此使得此生物传感方法在抗生素残留的现场半定量筛选和准确检测方面具有很好的应用潜力。
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