北方伟业计量集团有限公司
生物传感器是利用酶、抗体、抗原、微生物、组织、核酸、细胞器、全细胞等生物识别元件,将相互作用转化为可测信号的一类化学物质检测装置阁。一般以光学、电化学等为输出信号。根据传感器的类型,生物传感器主要分为四种类型:电化学生物传感器、光学生物传感器、测温生物传感器和压电生物传感器。均具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、可应用于现场即时检测等特点。
随着光学技术的进步与发展,光学生物传感器的发展十分迅速,它能够在复杂样品中检测目标而不需要复杂的预处理,在食品安全控制中有重要的应用前景。干扰小、噪音低、灵敏度高等优点使其成为检测食品小分子污染物的理想选择。
Wu等建立了一种利用金纳米颗粒(AuNPs)结合适配体探针来检测粮食中的ZEN的侧向流动试纸条法。此法基于DNAl(在T线上)与样品ZEN对AuNPs-Apt的竞争结合。没有ZEN时,AuNPs-Apt与DNAl通过碱基互补配对结合形成AuNPs-Apt-DNA1(T线),AuNPs-Apt与DNA2通过碱基互补配对结合形成AuNPs-Apt-DNA2(C线),此时试纸条上有两条线;存在ZEN时,AuNPs-Apt与ZEN结合,减弱AuNPs-Apt与DNAl的结合,T线的颜色变浅,T线的深浅取决于溶液中的ZEN浓度,而AuNPs-Apt与DNA2的结合不受ZEN的影响,C线颜色不变。此法中,ZEN定量检测的线性范围为5~200ng/mL,检测限为20ng/mL。此法克服了适配体的局限性:无须在实验室中开展,可用肉眼观察实验结果。作为一种产品使用,可以为众多食品污染物和样品提供快速、简单、灵敏的检测方法。
Goud等采用高水分散性的去角质功能化氧化石墨烯(FGO)作为FAM荧光的猝灭剂,FAM-apt为荧光基团,定量检测ZEN。无目标时,FGO与FAM-适配体之间π堆叠形成复杂结构,导致FAM-适配体荧光猝灭;有目标时,目标与适配体特异性结合。减弱FGO与FAM-适配体相互作用,荧光恢复。ZEN检测线性范围0.5~64ng/mL,检测限0.5ng/mL。此法中,FG0的作用是:降低背景信号,提高信噪比。大多数常用荧光团标记物的荧光寿命较短,且需要特定的存储条件来稳定其荧光响应,导致荧光法测定成本较高。在此背景下,未来的工作方向可以通过整合荧光纳米颗粒作为适配体标签研究如何进一步提高检测性能。大多数纳米材料粒子能抑制过氧化物酶活性,这种抑制作用同样会影响过氧化物模拟酶的活性。Sun等研制了一种AuNPs比色适配体传感器用以检测ZEN。金纳米粒子(AuNPs)具有类似过氧化物酶的活性,而ZEN适配体可抑制其活性。无ZEN时,适配体被静电吸附在AuNPs表面,抑制AuNPs催化H2O2氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(3,37,5,5’-tetramethylbenzidine,TMB),形成AuNPs表面屏蔽现象;有ZEN时。适配体与ZEN特异性结合,适配体结构改变,不能与AuNPs表面形成静电吸附,AuNPs催化H202氧化TMB,使无色的TMB转变成蓝色的oXTMB,吸光结果在630nm处测定。ZEN检测线性范围为10~250ng/mL,检测限为10ng/mL。
此法不是基于未加控制的聚合,而是基于模拟酶活性,故灵敏度高。在实际样品分析中,此法的高特异性和可行性说明其在ZEN检测方面有巨大潜力。此法只是一项利用过氧化物酶样活性进行比色分析的初步试验,后续可考虑结合AuNP等纳米材料或信号放大策略,提高灵敏度,拓宽分析范围。
Taghdisi等以核酸适配体、金纳米颗粒及基于核酸外切酶辅助的循环放大建立非靶向核酸适配体传感器,对ZEN进行比色检测。
适配体和cDNA分别被固定在AuNPs表面(Apt-AuNPs和cDNA-AuNPs);适配体DNA和cDNA在AuNPs表面距离靠得很近,会引起碱基互补配对杂交,此时加入核酸外切酶Ⅲ(ExoⅢ),会作用于双链DNA的37末端,使cDNA从3’端消解,使得AuNPs表面裸露出来,再加入4-甲基苯酚,其到达AuNPs表面并被还原为4-氨基苯酚,环境颜色由黄色变为无色;而在ZEN存在的情况下,适配体DNA与ZEN特异性结合,cDNA以单链状态存在,对ExoⅢ消化有抗性,AuNPs表面空问位阻大,直径大,到达AuNPs表面的4-甲基苯酚较少。环境颜色保持黄色不变,此时测定其吸光值。这种方法的线性范围为20~8000ng/L,检测限达到10ng/L。ExoⅢ辅助信号的放大产生了优异的传感性能,在样品中的应用进一步证明了其可靠性。
相关链接:5,5’-四甲基联苯胺,4-氨基苯酚,4-甲基苯酚
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