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综述了近些年基于固定化核酸适体的光学传感器的开发与应用进展;阐述了光学适体传感器在构建过程中涉及到的核酸适体的筛选以及光纤、电极、石墨烯等载体的表面修饰、适体分子的固定等关键技术;归纳总结了一些典型光学适体传感器在生物小分子、大分子以及肿瘤标志物检测中的应用实例,对该类传感器未来的应用领域及发展趋势进行了展望。
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第 31卷 第 12期
Vol.31 No.12
重 庆 理 工 大 学 学 报(自然科学)
JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)
2017年 12月
Dec.2017
收稿日期:2017-09-20
基金项目:国家自然科学基金资助项目(61575035)
作者简介:姚继阳(1988—),男,硕士研究生,主要从事生物医学检测技术及传感器研究,Email:jiyangyao@qq.com。
引用格式:姚继阳,刘盛平,李楠,等.光学适体传感器在医学检测中的应用研究[J].重庆理工大学学报(自然科学),
2017(12):130-135,139.
Citationformat:YAOJiyang,LIUShengping,LINan,etal.ApplicationsofOpticalAptamerSensorinMedicalDetection
[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience),2017(12):130-135,139.
doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.12.022
光学适体传感器在医学检测中的应用研究
姚继阳
a
,刘盛平
a
,李 楠
a
,曾祥楷
b
(重庆理工大学 a.药学与生物工程学院;b.电气与电子工程学院,重庆 400054)
摘 要:综述了近些年基于固定化核酸适体的光学传感器的开发与应用进展;阐述了光学
适体传感器在构建过程中涉及到的核酸适体的筛选以及光纤、电极、石墨烯等载体的表面修饰、
适体分子的固定等关键技术;归纳总结了一些典型光学适体传感器在生物小分子、大分子以及
肿瘤标志物检测中的应用实例,对该类传感器未来的应用领域及发展趋势进行了展望。
关 键 词:光学适体传感;医学检测;核酸适体;肿瘤标志物
中图分类号:R392 文献标识码:A 文章编号:1674-8425(2017)12-0130-06
ApplicationsofOpticalAptamerSensorinMedicalDetection
YAOJiyang
a
,LIUShengping
a
,LINan
a
,ZENGXiangkai
b
(a.SchoolofPharmacyandBiologicalEngineering;
b.SchoolofElectricalandElectronicsEngineering,
ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing40054,China)
Abstract:Thispaperreviewedthedevelopmentandtheapplicationofopticalbiosensorsystemsbased
onimmobilizedaptamersinthepastseveralyears,andpresentedthekeytechnologiesforthe
fabricationofopticalaptamersensors(OTS),involvinginthescreeningoftheaptamers, the
modificationofthesurfaceofthesensorsubstrates(fiber,electrode,grapheneandothermaterials
etc.)andtheimmobilizationofaptamersetc.Also,thereenumeratedsomespecificapplicationsof
OTSforthedetectionofbiologicalsmallmolecules,macromoleculesandtumorbiomarkers.Finally,
theprospectsofapplicationareasanddevelopmenttrendsofOTSwereanalyzed.
Keywords:opticalaptamersensing;medicaldetection;aptamers;tumorbiomarkers
光学适体传感器是将核酸适体筛选技术与光
学传感技术结合起来的一种新型生物传感器,通
过分析核酸适体分子与待检测物质 (如离子、分
子、细胞等)接触后引起的光学性质 (如波长、强
度、折射率、反射率)的变化来判断物质的种类及
浓度。光学适体传感技术是 20世纪 90年代随着
核酸适体技术的出现而逐渐发展起来的,随后在
医学检测领域得到了越来越广泛的应用。Ohk
[1]
通过前期的细菌培养、适体分子定向筛选、抗体与
光纤的修饰制备等步骤,制作了抗体 -适体功能
化的光学生物传感器,实现了对食物中李斯特菌
的检测,其最低检测极限达到了 1×10
3
CFUmL
-1
。
Wang等
[2]
将筛选的适体与咪唑缓冲液和羧基混
合起来,制成磁珠 -适体,然后将其绑定于带有氨
基的光纤表面,构建了基于适体的渐逝波全光纤
生物传感器,通过检测渐逝波光学信号强度(电压
形式)来表征赭曲霉素 A的浓度。实验结果显示:
该传感器检测线性范围为 6~500nm,最低检测限
为 3nm。Raji
[3]
采用基于适体的检测系统来检测
结肠癌细胞表面的标志物癌胚抗原(CEA)。该系
统将金纳米粒子(GuNPs)通过电沉积的方法固定
在氧化铟锡(ITO)基板表面,然后将能特异性结合
CEA的适体在含有氨基与羟基溶液的作用下自组
装在金纳米膜表面,最后根据检测电流与细胞的
线性关系来判断 HCT116(一种能够表达 CEA的
癌细胞)细胞浓度,该系统对结肠癌细胞最低检测
限为 6cell/mL。
光学适体传感器主要包括敏感元件(核酸适
体)与光学信号转换元件 2个部分。核酸适体能
特异性结合待检测物从而引起载体表面光学信号
的变化,然后通过光电转换器件将变化的光学信
号转化为变化的电信号,通过对电信号的解析实
现对待测物的分析。图
1为典型的光学适体传感
器的作用过程
[4]
。与传统的电化学适体传感器相
比较,光学适体传感器具有抗干扰能力强、特异性
强、亲和力高、可重复性强、制备容易等优点。因
此,光学适体传感技术的发展和应用对疾病诊断、
分子生物学检测等具有重要的意义。
图 1 光学适体传感器的作用过程
1 光学适体传感器
光学适体传感器的构建主要包括核酸适体筛
选、载体表面修饰处理、核酸适体分子固定 3个
部分。
1.1 核酸适体技术
核酸适体是指通过配体指数富集系统进化技
术(SELEX)在体外筛选得到的一小段寡核苷酸序
列。1990年 Szostak等
[5]
筛选出能特异性结合小
分子的 RNA片段,并将这些核酸片段命名为核酸
适体。
核酸适体主要采用 SELEX技术筛选获得,图
2是核酸适体的具体筛选过程。通过该技术筛选
可得到能识别不同生物分子的核酸适体。为了提
高适体分子的筛选效率与特异性,近年来发展了
多种新型的 SELEX技术:
1)细胞 -SELEX技术。该技术采用完整的
细胞直接与核酸文库作用,这样可以避免抗原的
纯化过程,并保持细胞表面抗原的天然构象。但
131
姚继阳,等:光学适体传感器在医学检测中的应用研究
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