杜 斌, 童朝陽*, 劉志偉, 穆晞惠, 丁志軍, 曹 韡
(1. 國(guó)民核生化災(zāi)害防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102205; 2. 防化研究院, 北京 102205)
基于適配體-表面等離子共振的生物傳感技術(shù)及應(yīng)用
杜 斌1, 童朝陽1*, 劉志偉1, 穆晞惠1, 丁志軍2, 曹 韡2
(1. 國(guó)民核生化災(zāi)害防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102205; 2. 防化研究院, 北京 102205)
適配體以其合成、修飾、固定等方面的優(yōu)勢(shì),在生物分子識(shí)別領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用?;诒砻娴入x子共振的傳感技術(shù)具有非標(biāo)記、無需前處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。適配體與表面等離子共振相結(jié)合研制的生物傳感器在生物傳感領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值,本文綜述了基于適配體-表面等離子共振的生物傳感技術(shù)及應(yīng)用。
適配體; 表面等離子共振; 生物傳感; 檢測(cè); 應(yīng)用
表面等離子共振(Surface plasmon resonance,SPR)是一種光學(xué)現(xiàn)象,當(dāng)金屬表面的物質(zhì)或者物質(zhì)的量發(fā)生變化時(shí),其折射率發(fā)生相應(yīng)的變化。SPR光譜的共振角對(duì)與金屬相接觸的介質(zhì)折射率的微小變化極其敏感。SPR生物傳感技術(shù)是用于生物檢測(cè)的前沿性技術(shù),具有非標(biāo)記、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、可再生等優(yōu)點(diǎn)[1]。近年來對(duì)SPR傳感芯片的改性受到了廣泛關(guān)注,已有許多課題組對(duì)此進(jìn)行了深入研究,對(duì)傳感芯片進(jìn)行修飾并將不同的生物識(shí)別基團(tuán)與傳感器芯片偶聯(lián)。這些生物識(shí)別基團(tuán)包括蛋白[2]、分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymer,MIP)[3-6]、抗體(Antibody)[7-9]等。這些識(shí)別基團(tuán)分子量和空間位阻較大,制備復(fù)雜,穩(wěn)定性易受溫度、酸堿度、電解質(zhì)等因素的影響導(dǎo)致靈敏度難以進(jìn)一步提高,使其應(yīng)用受到了一定限制。
適配體(Aptamer)是通過指數(shù)富集的配基系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(Systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)篩選而來的,是一類能以較高親和力與各類靶分子特異性地結(jié)合的單鏈寡核苷酸(DNA、RNA、修飾RNA)[10-11]。與傳統(tǒng)的抗體相比,適配體具有易合成、易修飾、易固定、可反復(fù)使用和長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn),在生物檢測(cè)方面有廣泛的應(yīng)用[12-17]。利用適配體的這些特性將其修飾至SPR基底上,進(jìn)而用于生物分析檢測(cè)可以獲得更好的靈敏度和特異性。因此,適配體與SPR技術(shù)相結(jié)合,在生物檢測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。本文綜述了近年來基于適配體-SPR的生物傳感技術(shù)應(yīng)用及研究進(jìn)展。
2.1 傳感器的構(gòu)建
基于適配體-SPR的生物傳感器通常由適配體識(shí)別基團(tuán)和SPR檢測(cè)平臺(tái)組成。其中,適配體由SELEX篩選得到,SPR檢測(cè)平臺(tái)的傳感芯片的基底上通常鍍有金膜[18]。適配體通常固定于SPR傳感芯片的基底上,當(dāng)目標(biāo)物流經(jīng)傳感芯片時(shí),連接在SPR基質(zhì)上的適配體對(duì)目標(biāo)物特異性識(shí)別導(dǎo)致共振條件發(fā)生變化以改變SPR的輸出信號(hào),從而對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行分析檢測(cè),而連接在起放大效應(yīng)物質(zhì)上的適配體則與目標(biāo)物相互作用以放大SPR信號(hào)輸出。
2.2 適配體在SPR傳感芯片上固定方法
常用的SPR傳感芯片大多以金為基底,另一類則是在金膜表面覆蓋葡聚糖層(最常用的為羧甲基葡聚糖)。針對(duì)金膜傳感芯片,適配體固體方法主要有金硫鍵自組裝[19]與生物素-親和素法,覆蓋有葡聚糖層的芯片則適用于偶聯(lián)帶有氨基、巰基、醛基、羥基或羧基的分子??筛鶕?jù)不同的結(jié)構(gòu)和需求選擇不同的固定方式將適配體偶聯(lián)在相應(yīng)的傳感芯片上。
金硫鍵自組裝是將末端(3′或5′)標(biāo)記有巰基的適配體在金硫鍵成鍵驅(qū)動(dòng)作用力下有序吸附在傳感器金膜表面形成單層膜。該方法簡(jiǎn)單易操作,且適配體易于末端巰基修飾,因此可以很好地固定于傳感膜芯片上,由該方法制備的傳感芯片穩(wěn)定性好、覆蓋度高、排列有序,應(yīng)用廣泛。Bianco等[20]將巰基修飾的適配體以自組裝單層膜(Self-assembled monolayers,SAM)形式固定在金膜表面用來檢測(cè)赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SAM結(jié)構(gòu)對(duì)OTA的檢出限為0.005 ng/mL。
圖1 使用硫醇化適配體緊密自組裝單層膜(SAM)的功能化過程[20]
Fig.1 Scheme of the functionalization process with the thiolated aptamer compact self-assembled monolayers[20]
生物素-親和素法:親和素能夠特異性非共價(jià)結(jié)合生物素,它們之間的親和作用十分穩(wěn)定,生物素修飾的適配體可以很好地結(jié)合在親和素覆蓋的芯片上。生物素-親和素法是一種具有高親和力、靈敏度高、特異性強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)的信號(hào)放大標(biāo)記技術(shù),因而該方法廣泛應(yīng)用于傳感器表面的修飾。Loo等[21]將5′生物素修飾的適配體通過生物素-親和素法連接至親和素修飾的SPR金膜表面,該系統(tǒng)被用于細(xì)胞色素C的檢測(cè),其檢測(cè)范圍為80 pmol/L~80 nmol/L,檢出限≥50 pmol/L。
圖2 羧基活化的金芯片用于親和素涂層;細(xì)胞色素C的適體通過DNA 5′末端的生物素-親和素相互作用固定在金表面上[21]。
Fig.2 Gold chip was activated with carboxyl group for avidin coating. The cyto-c specific aptamers are then immobilized on the gold surface at the DNA 5′-endviathe biotin-avidin interactions[21].
適配體在表面覆蓋有葡聚糖層的金膜傳感芯片上固定時(shí)主要采用化學(xué)鍵共價(jià)結(jié)合的方法。但由于葡聚糖層并不像金膜層那樣平整,適配體的表面分布可能受葡聚糖層的影響,且部分適配體會(huì)被掩埋在由葡聚糖改性產(chǎn)生的小孔內(nèi),影響其構(gòu)象改變。因此,基于適配體-SPR的傳感技術(shù)較少選用金膜表面覆蓋有葡聚糖層的傳感芯片。Wang等[22]將氨基修飾的蓖麻毒素適配體通過化學(xué)鍵共價(jià)結(jié)合固定在羧甲基葡聚糖改性的金膜上,在SPR實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的蓖麻毒素檢出限約為25 pmol/L(1.5 ng/mL)。
2.3 適配體-SPR傳感器的檢測(cè)模式
常用的適配體-SPR傳感器檢測(cè)模式主要有直接測(cè)定法、夾心測(cè)定法和間接競(jìng)爭(zhēng)性抑制測(cè)定等。
2.3.1 直接測(cè)定法
這類傳感器是將適配體固定在SPR傳感芯片上,適配體直接與被測(cè)物相互作用后改變傳感芯片表面的光學(xué)性質(zhì)。Janardhanan等[23]將A型肉毒毒素(type A botulinum neurotoxin,BoNT/A)的適配體固定在傳感芯片上,進(jìn)行檢測(cè)時(shí)將BoNT/A的緩沖液注射流經(jīng)傳感芯片表面,適配體直接檢測(cè)到BoNT/A引起SPR信號(hào)的改變,該傳感器在90 min內(nèi)檢測(cè)到活性毒素,在稀釋5倍的人血清中的檢出限是22.5 ng/mL,并且可將毒素從變性和失活毒素中有效區(qū)分。Lee等[24]篩選出對(duì)視黃醇結(jié)合蛋白4(Retinol binding protein 4,RBP4)表現(xiàn)出較高的親和力和特異性的適配體,并將該適配體固定在SPR傳感芯片金膜上。當(dāng)樣品中存在RBP4時(shí)適配體直接捕獲目標(biāo)物,檢出限為75 nmol/L(1.58 μg/mL)。
2.3.2 夾心測(cè)定法
夾心測(cè)定法的機(jī)理為:將可結(jié)合至目標(biāo)物不同位點(diǎn)的一對(duì)適配體分別固定在SPR傳感芯片和起放大效應(yīng)的增敏物上,當(dāng)目標(biāo)物存在時(shí),增敏物上所連接的適配體與傳感芯片上適配體結(jié)合住的目標(biāo)物相結(jié)合,以增強(qiáng)SPR信號(hào)。Park等[25]篩選得到了可以高親和力和特異性與1型牛病毒性腹瀉病毒(Bovine viral diarrhea virus,BVDV)結(jié)合且具有不同結(jié)合位點(diǎn)的兩種適配體。他們將一個(gè)適配體固定在金膜表面,使用Au NPs與另一個(gè)適配體偶聯(lián),以適配體-病毒-適配體的夾心檢測(cè)形式對(duì)BVDV 1型進(jìn)行超靈敏檢測(cè)。該方法檢出限為5×102TCID50/mL(約800 copies/mL),這與實(shí)時(shí)PCR方法相當(dāng)。Nguyen等[26]篩選出一對(duì)可同時(shí)與H5N1病毒結(jié)合且結(jié)合位點(diǎn)不同的適配體,第一個(gè)適配體固定于金膜表面,當(dāng)它與H5N1結(jié)合后再加入與Au NPs偶聯(lián)的次級(jí)適配體對(duì)檢測(cè)進(jìn)行放大,檢出限為200 EID50/mL。該傳感器可快速、準(zhǔn)確地從H5N1感染的糞便樣本中檢測(cè)禽流感全病毒。
圖3 使用次級(jí)適配體AuNP偶聯(lián)物的夾心分析的檢測(cè)機(jī)理示意圖[26]
Fig.3 Schematic of detection mechanism of sandwich assay secondary aptamer conjugated-AuNP[26]
2.3.3 間接競(jìng)爭(zhēng)性抑制測(cè)定
間接競(jìng)爭(zhēng)性抑制測(cè)定(Indirect competitive inhibition assay,ICIA)過程如下:目標(biāo)物適配體的巰基化互補(bǔ)單鏈DNA首先固定在傳感芯片上,目標(biāo)物適配體與具有放大效應(yīng)的物質(zhì)如磁性納米粒子(Magnetic nanoparticles,MNPs)和金納米粒子(Gold-nanoparticles,Au NPs)形成偶聯(lián)物。由于這類物質(zhì)能夠提高傳感芯片生物分子的固載量[27-29],具有放大效應(yīng),當(dāng)目標(biāo)物不存在時(shí)偶聯(lián)物溶液被添加到SPR元件中,偶聯(lián)物通過DNA雜交反應(yīng)吸附到SPR芯片表面并導(dǎo)致SPR信號(hào)的巨大變化。當(dāng)偶聯(lián)物與目標(biāo)物結(jié)合后,SPR信號(hào)的變化即降低。這是因?yàn)槟繕?biāo)物與適配體在偶聯(lián)物中反應(yīng)并且將其結(jié)構(gòu)從單鏈DNA改變?yōu)槿?jí)結(jié)構(gòu),不能與固定在SPR金膜表面上的互補(bǔ)單鏈DNA雜交。因此,SPR信號(hào)的變化將隨著具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)物的數(shù)量增加而減少,它與目標(biāo)物的濃度成比例。Wang等[30]通過金硫鍵將腺苷適配體的互補(bǔ)鏈在金膜表面自組裝成單層膜,再將Fe3O4MNPs-腺苷適配體偶聯(lián)物在SPR傳感芯片基底上組裝,以放大傳感器檢測(cè)腺苷的信號(hào)。加入腺苷后SPR信號(hào)隨腺苷濃度的增加而減弱。
2.3.4 組合適配體增強(qiáng)測(cè)定
組合適配體增強(qiáng)測(cè)定是一個(gè)適配體分子中存在兩種不同目標(biāo)物的適配體結(jié)構(gòu),適配體分子與一個(gè)目標(biāo)物結(jié)合后其構(gòu)型改變并可以與另一個(gè)目標(biāo)物結(jié)合以放大檢測(cè)信號(hào)。Chang等[31]設(shè)計(jì)了一種具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的γ干擾素(Interferon-γ,IFN-γ)的適配體,并在該適配體中引入SA的適配體,當(dāng)IFN-γ存在時(shí),靶分子IFN-γ會(huì)誘導(dǎo)適配體探針重折疊,形成SA適配體的結(jié)合構(gòu)象,通過SA分子與適配體探針的結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)SPR的響應(yīng)。在優(yōu)化條件下,測(cè)得的檢出限為33 pmol/L,濃度范圍為0.3~333 nmol/L。
圖4 基于SPR生物傳感器檢測(cè)小分子原理圖[30]
圖5 增強(qiáng)IFN-γ檢測(cè)的流程示意圖[31]
Fig.5 Schematic illustration of the procedure for amplified IFN-γ detection[31]
適配體-SPR生物傳感技術(shù)結(jié)合了適配體與SPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于毒素、病毒、蛋白、腺苷和干擾素等生物組分的檢測(cè)。
3.1 毒素檢測(cè)
Zhu等[32]使用生物素-親和素法將赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)適配體固定在SPR傳感芯片上。該傳感器對(duì)OTA的檢出限可達(dá)0.005 ng/mL。Park課題組[33]則是將OTA適配體通過金硫鍵自組裝的方式固定在金納米棒基底上,當(dāng)OTA與之結(jié)合后會(huì)引起適配體折疊形成G-四聯(lián)體結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致金納米棒表面RI的巨大改變并引起波長(zhǎng)位移。當(dāng)OTA濃度在0.1 nmol/L~10 μmol/L范圍內(nèi)時(shí),可觀察到局域表面等離子共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR)紅移與OTA濃度呈線性關(guān)系,對(duì)OTA的檢出限低于1 nmol/L。
3.2 病毒檢測(cè)
由于高致病性H5N1流感在動(dòng)物和人類中可能爆發(fā),因此迫切地需要快速和特異性檢測(cè)禽流感病毒。Wang等[34]篩選和表征了可與H5N1特異性結(jié)合的適配體,并使用生物素-親和素法將其固定在SPR芯片表面。該適配體-SPR傳感器可以用于檢測(cè)禽流感病毒H5N1,當(dāng)病毒滴度在0.064~0.64 HAU范圍內(nèi)時(shí)SPR信號(hào)與病毒滴度呈線性關(guān)系。Bai等[35]使用生物素-親和素法將適配體固定在鏈霉親和素(Streptavidin,SA)修飾的SPR傳感芯片金膜上。優(yōu)化SA與適配體參數(shù)后,當(dāng)禽流感病毒濃度在0.128~1.28 HUA范圍內(nèi)時(shí),RI值與禽流感病毒濃度線性相關(guān),檢出限可達(dá)0.128 HUA。Nguyen等[26]篩選出一對(duì)可同時(shí)與H5N1病毒結(jié)合的適配體,且這對(duì)適配體結(jié)合于同一H5N1全病毒的不同位點(diǎn)。該課題組使用這對(duì)適配體發(fā)展了一種夾心生物傳感器,對(duì)H5N1全病毒檢測(cè)的線性范圍為0~105EID50/mL,檢出限為200 EID50/mL。
3.3 免疫球蛋白檢測(cè)
免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)是一類重要的免疫效應(yīng)分子,是檢查機(jī)體體液免疫功能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。Wang等[36]使用巰基修飾的IgE適配體修飾傳感器表面,并使半胱氨酸與硫醇適配體共沉積以促進(jìn)適配體的適當(dāng)空間排列,以保持其最佳結(jié)合效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IgE和適配體之間存在濃度依賴性的線性關(guān)系,IgE濃度在8.4~84 nmol/L范圍內(nèi)時(shí),信號(hào)強(qiáng)度和IgE濃度呈線性關(guān)系,檢出限為2 nmol/L。Kim等[37]使用具有不同摩爾比的各種低聚乙二醇混合物構(gòu)建SAM,再將適配體通過生物素-親和素法固定在SAM上用于非標(biāo)記檢測(cè)人IgE。他們使用直接測(cè)定法和改進(jìn)的夾心分析法用于實(shí)時(shí)IgE檢測(cè),這兩種方法的線性范圍都是1.0~1 000 ng/mL,而且樣品檢出限分別為3.44 ng/mL和2.07 ng/mL。
3.4 腺苷檢測(cè)
Wang等將腺苷適配體的互補(bǔ)鏈固定在金膜表面,再將適配體分別與Fe3O4MNPs和Au NPs連結(jié)。與Fe3O4MNPs和Au NPs連結(jié)的偶聯(lián)物具有放大效應(yīng),他們使用這兩種基于ICIA的傳感器檢測(cè)腺苷,線性范圍分別為10~10 000 nmol/L[30]和1×10-10~1×10-7mol/L[38]。
3.5 其他蛋白檢測(cè)
凝血酶是一種生物活性物質(zhì),其促凝和抗凝的特性在凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)中有著重要作用。Henseleitng等[39]把抗凝血酶適配體通過生物素-親和素法固定在金膜表面,使用注射泵將不同濃度的凝血酶溶液注入傳感器表面以測(cè)定其相互作用。該方法能夠獲得可重現(xiàn)、顯著和穩(wěn)定的信號(hào),檢出限約26 nmol/L。Wang等[40]使用具有放大效應(yīng)的Fe3O4MNPs-適配體偶聯(lián)物構(gòu)建了一個(gè)夾心型生物傳感器以檢測(cè)凝血酶。當(dāng)凝血酶濃度在0.27~27 nmol/L范圍內(nèi)時(shí),凝血酶濃度的對(duì)數(shù)與SPR角位移呈線性關(guān)系,檢出限為0.017 nmol/L。Polonschii等[41]將生物素化的適配體固定在SPR金膜上,測(cè)試表明其對(duì)凝血酶的檢出限為3 nmol/L,在其他干擾蛋白質(zhì)(血漿)存在時(shí),檢測(cè)凝血酶的變異系數(shù)為5%。
Tran等[42]篩選出花生過敏原Ara h 1的適配體,該適配體在生物素化后通過SA固定在11-巰基十一烷酸SAM修飾的金膜上。當(dāng)Ara h 1蛋白濃度在0~634 nmol/L范圍內(nèi)時(shí),該適配體修飾的光纖SPR檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度和濃度呈線性關(guān)系,在緩沖液中用Au NPs增強(qiáng)測(cè)定時(shí)檢出限約為2 nmol/L。
Wu等[43]將C反應(yīng)蛋白的適配體通過金硫鍵自組裝的方式固定在金膜表面,適配體檢測(cè)到目標(biāo)物后加入偶聯(lián)了C反應(yīng)蛋白抗體的Au NPs對(duì)SPR信號(hào)進(jìn)行放大。該型Au NPs增強(qiáng)的適配體-抗體夾心型SPR生物傳感器對(duì)C反應(yīng)蛋白的檢出限為10 pmol/L。
核酸適配體與SPR技術(shù)相結(jié)合,在生物檢測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。適配體-SPR生物傳感器主要用于生物蛋白、毒素、病毒等物質(zhì)的檢測(cè)。如表1所示,其檢測(cè)對(duì)象主要為IgE、凝血酶、H5N1病毒等。這主要是由于這類免疫球蛋白和生物活性蛋白與人體的生理功能息息相關(guān),各類毒素和病毒深刻地影響著人類的生命健康。因此,這些物質(zhì)的檢測(cè)研究成為人們的研究重點(diǎn)。
表1 適配體-SPR的傳感技術(shù)在生物檢測(cè)中的應(yīng)用
表1(續(xù))
SPR技術(shù)具有檢測(cè)速度快、無需標(biāo)記樣品、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),近些年得到了較大的發(fā)展,且已有商業(yè)化的SPR傳感器推出應(yīng)用。用適配體檢測(cè)生物分子具有特異性好、可反復(fù)使用和可長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)目前報(bào)道的相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn),基于適配體-SPR的生物傳感技術(shù),綜合了SPR技術(shù)與適配體的優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出較高的靈敏度和特異性,可用于檢測(cè)生物活性蛋白、毒素、病毒等生物分子,是具有應(yīng)用前景的生物檢測(cè)技術(shù)。雖然目前在實(shí)驗(yàn)室中的檢測(cè)效果十分優(yōu)異,但將其應(yīng)用于生化物質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè),真正實(shí)用化還有一定距離。未來發(fā)展方向是研制便攜、精確、快速的基于適配體-SPR的生物傳感器。
[1] 王志斌, 韓歡歡, 柴君夫, 等. 基于多孔硅的表面等離子共振傳感特性 [J]. 發(fā)光學(xué)報(bào), 2016, 37(9):1152-1158. WANG Z B, HAN H H, CHAI F J,etal.. Prism surface plasmons resonance sensor based on the porous silicon [J].Chin.J.Lumin., 2016, 37(9):1152-1158. (in Chinese)
[2] 栗大超, 李國(guó)卿, 張晶鑫, 等. GGBP蛋白修飾的表面等離子共振微創(chuàng)血糖檢測(cè)儀 [J]. 光學(xué) 精密工程, 2013, 21(9):2333-2339. LI D C, LI G Q, ZHANG J X,etal.. Minimally-invasive blood glucose detection instrument based on surface plasmon resonance sensor decorated with GGBP [J].Opt.PrecisionEng., 2013, 21(9):2333-2339. (in Chinese)
[3] CHOI S W, CHANG H J, LEE N,etal.. A surface plasmon resonance sensor for the detection of deoxynivalenol using a molecularly imprinted polymer [J].Sensors, 2011, 11(9):8654-8664.
[4] CHOI S W, CHANG H J, LEE N,etal.. Detection of mycoestrogen zearalenone by a molecularly imprinted polypyrrole-based surface plasmon resonance (SPR) sensor [J].J.Agric.FoodChem., 2009, 57(4):1113-1118.
[5] ALTINTAS Z, GITTENS M, GUERREIRO A,etal.. Detection of waterborne viruses using high affinity molecularly imprinted polymers [J].Anal.Chem., 2015, 87(13):6801-6807.
[6] GUPTA G, SINGH P K, BOOPATHI M,etal.. Molecularly imprinted polymer for the recognition of biological warfare agent staphylococcal enterotoxin B based on surface plasmon resonance [J].ThinSolidFilms, 2010, 519(3):1115-1121.
[7] HERRANZ S, BOCKOVM, MARAZUELA M D,etal.. An SPR biosensor for the detection of microcystins in drinking water [J].Anal.Bioanal.Chem., 2010, 398(6):2625-2634.
[8] HAUGHEY S A, CAMPBELL K, YAKES B J,etal.. Comparison of biosensor platforms for surface plasmon resonance based detection of paralytic shellfish toxins [J].Talanta, 2011, 85(1):519-526.
[9] GUPTA G, SINGH P K, BOOPATHI M,etal.. Surface plasmon resonance detection of biological warfare agent staphylococcal enterotoxin B using high affinity monoclonal antibody [J].ThinSolidFilms, 2010, 519(3):1171-1177.
[10] 王周平, 張維瀟. 適配體及其研究進(jìn)展 [J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 32(9):897-906. WANG Z P, ZHANG W X. Aptamer and related progress [J].J.FoodSci.Biotechnol., 2013, 32(9):897-906. (in Chinese)
[11] NAKAMURA Y, ISHIGURO A, MIYAKAWA S. RNA plasticity and selectivity applicable to therapeutics and novel biosensor development [J].GenesCells, 2012, 17(5):344-364.
[12] LIU S, ZHANG X Y, LUO W X,etal.. Single-molecule detection of proteins using aptamer-functionalized molecular electronic devices [J].Angew.Chem.Int.Ed.Engl., 2011, 50(11):2496-2502.
[13] FANG X H, TAN W H. Aptamers generated from cell-SELEX for molecular medicine: a chemical biology approach [J].Acc.Chem.Res., 2010, 43(1):48-57.
[14] XIA T, YUAN J H, FANG X H. Conformational dynamics of an ATP-binding DNA aptamer: a single-molecule study [J].J.Phys.Chem. B, 2013, 117(48):14994-15003.
[15] XU L, ZHANG Z, ZHAO Z L,etal.. Cellular internalization and cytotoxicity of aptamers selected from lung cancer cell [J].Am.J.Biomed.Sci., 2013, 5(1):47-58.
[16] SHEN Q L, XU L, ZHAO L B,etal.. Specific capture and release of circulating tumor cells using aptamer-modified nanosubstrates [J].Adv.Mater., 2013, 25(16):2368-2373.
[17] GAO Y M, YU X Y, XUE B B,etal.. Inhibition of hepatitis C virus infection by DNA aptamer against NS2 protein [J].PLoSOne, 2014, 9(2):e90333-1-10.
[18] 王曉萍, 洪夏云, 詹舒越, 等. 表面等離子體共振傳感技術(shù)和生物分析儀 [J]. 化學(xué)進(jìn)展, 2014, 26(7):1143-1159. WANG X P, HONG X Y, ZHAN S Y,etal.. Surface plasmon resonance sensing technology and bioanalytical instrument [J].Prog.Chem., 2014, 26(7):1143-1159. (in Chinese)
[19] 周玲, 王明華, 王劍平, 等. 傳感器表面的適配體固定方法及其在生物傳感器中的研究進(jìn)展 [J]. 分析化學(xué), 2011, 39(3):432-438. ZHOU L, WANG M H, WANG J P,etal. .Application of biosensor surface immobilization methods for aptamers [J].Chin.J.Anal.Chem., 2011, 39(3):432-438. (in Chinese)
[20] BIANCO M, SONATO A, DE GIROLAMO A,etal.. An aptamer-based SPR-polarization platform for high sensitive OTA detection [J].Sens.ActuatorsB:Chem., 2017, 241:314-320.
[21] LOO F C, NG S P, WU C M L,etal.. An aptasensor using DNA aptamer and white light common-path SPR spectral interferometry to detect cytochrome-c for anti-cancer drug screening [J].Sens.ActuatorsB:Chem., 2014, 198:416-423.
[22] WANG B, LOU Z, PARK B,etal.. Surface conformations of an anti-ricin aptamer and its affinity for ricin determined by atomic force microscopy and surface plasmon resonance [J].Phys.Chem.Chem.Phys., 2015, 17(1):307-314.
[23] JANARDHANAN P, MELLO C M, SINGH B R,etal.. RNA aptasensor for rapid detection of natively folded type A botulinum neurotoxin [J].Talanta, 2013, 117:273-280.
[24] LEE S J, YOUN B S, PARK J W,etal.. SSDNA aptamer-based surface plasmon resonance biosensor for the detection of retinol binding protein 4 for the early diagnosis of type 2 diabetes [J].Anal.Chem., 2008, 80(8):2867-2873.
[25] PARK J W, LEE S J, CHOI E J,etal.. An ultra-sensitive detection of a whole virus using dual aptamers developed by immobilization-free screening [J].Biosens.Bioelectron., 2014, 51:324-329.
[26] NGUYEN V T, SEO H B, KIM B C,etal.. Highly sensitive sandwich-type SPR based detection of whole H5Nxviruses using a pair of aptamers [J].Biosens.Bioelectron., 2016, 86:293-300.
[27] LIU Y Z, WU Z T, ZHOU G H,etal.. Simple, rapid, homogeneous oligonucleotides colorimetric detection based on non-aggregated gold nanoparticles [J].Chem.Commun., 2012, 48(26):3164-3166.
[28] HU J T, NI P J, DAI H C,etal.. A facile label-free colorimetric aptasensor for ricin based on the peroxidase-like activity of gold nanoparticles [J].RSCAdv., 2015, 5(21):16036-16041.
[29] LIU R D, HUANG Y S, MA Y L,etal.. Design and synthesis of target-responsive aptamer-cross-linked hydrogel for visual quantitative detection of ochratoxin A [J].ACSAppl.Mater.Interf., 2015, 7(12):6982-6990.
[30] WANG J L, MUNIR A, ZHU Z Z,etal.. Magnetic nanoparticle enhanced surface plasmon resonance sensing and its application for the ultrasensitive detection of magnetic nanoparticle-enriched small molecules [J].Anal.Chem., 2010, 82(16):6782-6789.
[31] CHANG C C, LIN S, LEE C H,etal.. Amplified surface plasmon resonance immunosensor for interferon-Gamma based on a streptavidin-incorporated aptamer [J].Biosens.Bioelectron., 2012, 37(1):68-74.
[32] ZHU Z L, FENG M X, ZUO L M,etal.. An aptamer based surface plasmon resonance biosensor for the detection of ochratoxin A in wine and peanut oil [J].Biosens.Bioelectron., 2015, 65:320-326.
[33] PARK J H, BYUN J Y, MUN H,etal.. A regeneratable, label-free, localized surface plasmon resonance (LSPR) aptasensor for the detection of ochratoxin A [J].Biosens.Bioelectron., 2014, 59:321-327.
[34] WANG R H, ZHAO J J, JIANG T S,etal.. Selection and characterization of DNA aptamers for use in detection of avian influenza virus H5N1 [J].J.Virol.Methods, 2013, 189(2):362-369.
[35] BAI H, WANG R H, HARGIS B,etal.. A SPR aptasensor for detection of avian influenza virus H5N1 [J].Sensors, 2012, 12(9):12506-12518.
[36] WANG Z Z, WILKOP T, XU D K,etal.. Surface plasmon resonance imaging for affinity analysis of aptamer-protein interactions with PDMS microfluidic chips [J].Anal.Bioanal.Chem., 2007, 389(3):819-825.
[37] KIM Y H, KIM J P, HAN S J,etal.. Aptamer biosensor for lable-free detection of human immunoglobulin E based on surface plasmon resonance [J].Sens.ActuatorsB:Chem., 2009, 139(2):471-475.
[38] WANG J L, MUNIR A, ZHOU H S. Au NPs-aptamer conjugates as a powerful competitive reagent for ultrasensitive detection of small molecules by surface plasmon resonance spectroscopy [J].Talanta, 2009, 79(1):72-76.
[39] HENSELEIT A, SCHMIEDER S, BLEY T,etal.. A compact and rapid aptasensor platform based on surface plasmon resonance [J].Eng.LifeSci., 2011, 11(6):573-579.
[40] WANG J L, ZHU Z Z, MUNIR A,etal.. Fe3O4nanoparticles-enhanced SPR sensing for ultrasensitive sandwich bio-assay [J].Talanta, 2011, 84(3):783-788.
[41] POLONSCHII C, DAVID S, TOMBELLI S,etal.. A novel low-cost and easy to develop functionalization platform. Case study: aptamer-based detection of thrombin by surface plasmon resonance [J].Talanta, 2010, 80(5):2157-2164.
[42] TRAN D T, KNEZ K, JANSSEN K P,etal.. Selection of aptamers against Ara h 1 protein for FO-SPR biosensing of peanut allergens in food matrices [J].Biosens.Bioelectron., 2013, 43:245-251.
[43] WU B, JIANG R, WANG Q,etal.. Detection of C-reactive protein using nanoparticle-enhanced surface plasmon resonance using an aptamer-antibody sandwich assay [J].Chem.Commun., 2016, 52(17):3568-3571.
杜斌(1987-),男,山東濟(jì)寧人,博士研究生,2012年于防化研究院獲得碩士學(xué)位,主要從事偵檢材料與技術(shù)的研究。
E-mail: dubin51979@163.com童朝陽(1972-),男,四川樂山人,博士,研究員,2000年于防化研究院獲得博士學(xué)位,主要從事生物檢測(cè)技術(shù)的研究。
E-mail: billzytong@126.com
Research and Application of Biosensing Technology Based on Aptamer-Surface Plasmon Resonance
DU Bin1, TONG Zhao-yang1*, LIU Zhi-wei1, MU Xi-hui1, DING Zhi-jun2, CAO Wei2
(1.StateKeyLaboratoryofNBCProtectionforCivilian,Beijing102205,China; 2.ResearchInstituteofChemicalDefense,Beijing102205,China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:billzytong@126.com
The aptamers have been widely used in biomolecule recognition because of their advantages of synthesis, modification and immobilization. The sensing technology developed by surface plasmon resonance(SPR) has the advantages of non-labeling, no pretreatment, real-time monitoring. The sensors based on aptamer and SPR have important application values in biosensing techniques. The applications of biosensor based on aptamer-SPR are reviewed in this paper.
aptamer; surface plasmon resonance; biosensor; detection; application
1000-7032(2017)08-1039-08
2017-01-10;
2017-04-13
國(guó)家自然科學(xué)基金(21402237); 國(guó)民核生化災(zāi)害防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究基金(SKLNBC2012-01)資助項(xiàng)目 Supported by National Natural Science Foundation of China (21402237); Basic Research Foundation of State Key Laboratory of National NBC Protection for Civilian (SKLNBC2012-01)
TP212.3
A
10.3788/fgxb20173808.1039