摘 要:電化學(xué) DNA 傳感器是基于 DNA 探針與目標(biāo) DNA 之間堿基互補(bǔ)配對(duì)原則構(gòu)建的傳 感器,根據(jù)識(shí)別元件與目標(biāo)物結(jié)合前后信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測,已成為傳統(tǒng)檢測方法的有效替 代方法.而金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)具有比表面積大、孔隙率高、孔徑可調(diào)和熱穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多 優(yōu)點(diǎn),引起學(xué)者的廣泛關(guān)注,已初步用于電化學(xué) DNA 傳感器的構(gòu)建,并用于腫瘤標(biāo)志物、抗生素及 重金屬等的靈敏、準(zhǔn)確檢測.為此,綜述了電化學(xué) DNA 傳感器的 DNA 探針固定方法及信號(hào)物質(zhì), 重點(diǎn)介紹了基于 MOFs的電化學(xué) DNA 傳感器在分析檢測領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展,并對(duì)其未來發(fā)展方向 進(jìn)行了展望(引用文獻(xiàn)５０篇).

關(guān)鍵詞:金屬有機(jī)骨架材料;電化學(xué) DNA 傳感器;分析檢測;綜述

中圖分類號(hào):O６５７．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０２０(２０２２)０９Ｇ１１０９Ｇ０８

核酸、生物分子和金屬離子等檢測物質(zhì)的分析 方法包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法[１]、高效液相色譜法[２]、 酶聯(lián)免疫吸附法[３]等.然而,這些傳統(tǒng)方法存在樣 品前處理相對(duì)繁瑣、檢測儀器成本高、需要熟練操作 人員等問題,很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速和現(xiàn)場檢測[４].

電化學(xué) DNA 傳感器是將 DNA 分子作為識(shí)別 元件或檢測對(duì)象,通過換能器將 DNA 分子特異性 識(shí)別中產(chǎn)生的敏感信號(hào)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號(hào),以此實(shí) 現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)分子的定性或定量檢測[５Ｇ６],具有 靈敏度高、檢測成本低、特異性強(qiáng)以及便攜性好等諸 多優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于分析檢測領(lǐng)域[７Ｇ８].

電化學(xué) DNA 傳感器的性能與界面修飾材料密 切相關(guān).金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)是由金屬簇與 有機(jī)配體通過配位鍵形成的一種多孔材料,具有比 表面積大、金 屬 活 性 中 心 豐 富 和 易 修 飾 等 諸 多 優(yōu) 點(diǎn)[９Ｇ１０],已經(jīng)初步用于電化學(xué) DNA 傳感器的構(gòu)建, 并用于腫瘤標(biāo)志物、抗生素及重金屬等的靈敏、準(zhǔn)確檢測,引起學(xué)者的廣泛關(guān)注.為此,本工作綜述了電 化學(xué) DNA 傳感器的 DNA 探針固定方法及信號(hào)物 質(zhì),重點(diǎn)介紹了基于 MOFs的電化學(xué) DNA 傳感器 在分析檢測領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[１１Ｇ１４].

１ 電化學(xué) DNA傳感器的 DNA探針固定方法

１．１ 吸附法

吸附法是通過 DNA 探針中帶負(fù)電荷磷酸骨架 與帶正電荷電極之間的靜電作用,將 DNA 探針固 定在電極表面的一種方法[１５],分為直接吸附法與間 接吸附法.直接吸附法是將一定量捕獲探針滴加在 修飾電極表面,直接經(jīng)物理作用吸附[１６];間接吸附 法是在一定電壓下通過計(jì)時(shí)電流法將 DNA 探針固 定在電極表面[２].吸附法簡單靈活,易操作,無需任 何修飾,對(duì) DNA 探針損傷小,電極可重復(fù)使用,但 是吸附法也存在 DNA 探針固定不牢固的缺陷,這 會(huì)使 DNA 探針在高鹽溶 液 中 容 易 從 電 極 表 面 脫 落,因此采用該方法時(shí)對(duì)檢測環(huán)境的要求較高[１７].

１．２ 共價(jià)鍵合法

共價(jià)鍵合法是通過 DNA 探針的功能基團(tuán)(如 氨基、磷酸基)與電極表面修飾的功能基團(tuán)(如氨基、 羧基、羥基)之間的共價(jià)結(jié)合,將 DNA 探針固定在 電極表面的一種方法[１８].ARIFFIN 等[１９]采用金納米粒子(AuNPs)修飾絲網(wǎng)印刷電極(SPE)表面,然 后將氨基化空心二氧化硅球沉積到 AuNPs修飾的 SPE(AuNPs/SPE)表面,利用戊二醛連接 DNA 探 針,再用磷酸鉀緩沖液沖洗,以去除未共價(jià)結(jié)合的 DNA 探針.與吸附法相比,共價(jià)鍵合法固定 DNA 探針更加牢固與穩(wěn)定,有利于提高 DNA 探針的靈 活性,進(jìn)而提高分子雜交的效率.

１．３ 自組裝

自組裝是利用電極表面的修飾物與 DNA 探針 之間形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、高度有序的單層分子膜將 DNA 探針固定在電極表面的一種方法[２０].自組裝 主要有兩種情況:一是利用含有氨基、羥基等活性基 團(tuán)的硫化物、二硫化物在金電極或金修飾電極表面 形成自組裝膜,再將 DNA 探針固定在電極表面,如 SU 等[２１]將硫醇化 DNA 探針固定在 AuNPs＠二硫 化鉬(MoS２)薄膜修飾的電極表面,用于捕獲目標(biāo)分 子 miRNAＧ２１(miRNA 為微小 RNA),構(gòu)建了基于 AuNPs＠MoS２ 復(fù)合材料的電化學(xué) DNA 傳感器;二 是對(duì) DNA 探針進(jìn)行修飾,使之?dāng)y帶巰基(－SH)或 硫原子,再將修飾后的 DNA 探針自組裝在金電極 表面,如 MA 等[２２]將－SH 修飾的 DNA 探針通過 自組裝形成單分子膜(SAM),用 MOFs的骨架結(jié)構(gòu) 保護(hù) DNA SAM,使 用 單 鏈 DNA(ssDNA)、雙 鏈 DNA(dsDNA)、發(fā) 夾 DNA 和 四 面 體 納 米 結(jié) 構(gòu) DNA 等 不 同 的 DNA 探 針 構(gòu) 建 了 相 應(yīng) 的 電 化 學(xué) DNA 傳感器.自組裝 SAM 可以使電極表面形成 結(jié)構(gòu)緊密、組織完整的分子層,DNA 探針緊密結(jié)合 在電極 表 面,穩(wěn) 定 性 和 結(jié) 合 力 更 強(qiáng),進(jìn) 而 可 以 使 DNA 探針與目標(biāo)識(shí)別物牢固結(jié)合.但是自組裝方 法存在操作復(fù)雜、成本較高等不足.

２ 電化學(xué) DNA傳感器的信號(hào)物質(zhì)

２．１ 亞甲基藍(lán)

亞甲基藍(lán)(MB),化學(xué)式為 C１６H１８ClN３S,是一 類帶有 芳 香 雜 環(huán) 結(jié) 構(gòu) 的 物 質(zhì),可 以 特 異 性 識(shí) 別 ssDNA 或 dsDNA. 許 永 強(qiáng)[２３] 將 ５′ＧSH 修 飾 的 ssDNA固定在金電極上,以 MB 作為雜交指示劑, 構(gòu)建電化學(xué) DNA 傳感器來特異性檢測堿基錯(cuò)配的 ssDNA.王存等[２４]將 MB 封裝在生物金屬有機(jī)骨 架材料(bioＧMOF)中作為信號(hào)標(biāo)簽,當(dāng)目標(biāo)物含量 持續(xù)升高時(shí),電極表面引入的信標(biāo)復(fù)合物 AuNPsＧ MB＠bioＧMOF數(shù)量增加,信號(hào)響應(yīng)值增大.BAO 等[２５]將 MB 嵌 入 氨 基 功 能 化 的 MOFs(UiOＧ６６ＧNH２)孔內(nèi),通過酰胺反應(yīng)連接可編程組裝的鎖定 DNA(LＧDNA),并以其作為信號(hào)標(biāo)簽,當(dāng)目標(biāo)物存 在時(shí),觸 發(fā) 缺 口 內(nèi) 切 酶,導(dǎo) 致 產(chǎn) 生 兩 條 鏈 (S１ 與 S２),S１ 與 S２ 作 為 刺 激 物 可 以 參 與 MB＠DNA/ MOFs上的鏈置換反應(yīng),使 LＧDNA 發(fā)夾結(jié)構(gòu)打開 以釋放 MB,再加入LＧDNA 的互補(bǔ)鏈?zhǔn)筍１與S２重 新游離到反應(yīng)體系中以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大.

２．２ 二茂鐵

二茂鐵(Fc),化學(xué)式為 Fe(C５H５)２,屬于金屬 有機(jī)配合物,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性高,在構(gòu)建 電化學(xué)傳感器過程中常被用作 信 號(hào) 物 質(zhì).SHEN 等[２６]采用Fc和CuＧMOFs同時(shí)作為信號(hào)物質(zhì),并借 助phi２９DNA 聚合酶和切口核酸內(nèi)切酶進(jìn)行二次 循環(huán),大量捕獲的探針降低了 Fc的原始信號(hào),但發(fā) 夾探針３/AuNPs/CuＧMOFs信號(hào)探針與捕獲探針 雜交后 CuＧMOFs的信號(hào)逐漸增強(qiáng),因此通過測量 CuＧMOFs和 Fc的峰值電流比構(gòu)建了一種靈敏、高 效的比率電化學(xué)方法來檢測脂多糖.DENG 等[２７] 將 Fc標(biāo)記的信號(hào)探針和 MB修飾的內(nèi)參比探針結(jié) 合在一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)的 DNA 上,開發(fā)了一種基于雙 信號(hào)修飾的發(fā)夾結(jié)構(gòu) DNA 比率探針,實(shí)現(xiàn)了對(duì)黏 蛋白的高效檢測.

２．３ 硫堇

硫堇,分子式為 C１４H１３N３O２S,是一種吩噻嗪 類染料,由于穩(wěn)定性好、電子轉(zhuǎn)移能力強(qiáng),常被用作 信號(hào)物質(zhì).YU 等[２８]以聚乙烯亞胺作為黏結(jié)劑,將 硫堇與 CeＧMOFs相結(jié)合,CeＧMOFs可以電催化硫 堇,在凝血酶存在情況下,CeＧMOFs對(duì)硫堇的電催 化能力進(jìn)一步增強(qiáng),從而增強(qiáng)電流,基于此構(gòu)建了一 種可以檢測凝血酶的電化學(xué) DNA 傳感器.WANG 等[２９]基于 Co/FeＧMOFs復(fù)合物可以電催化硫堇放 大電化學(xué)信號(hào)的特點(diǎn),構(gòu)建了一種檢測赭曲霉毒素 A 的電化學(xué) DNA 傳感器.

３ 基于 MOFs的電化學(xué) DNA傳感器在分析 檢測領(lǐng)域的應(yīng)用

電化學(xué) DNA 傳感器界面材料的選擇直接影響 檢測的靈敏度及穩(wěn)定性.MOFs具有孔隙率高、比 表面積大、孔徑可調(diào)、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、催化性能好、易功 能化等諸多優(yōu)點(diǎn),其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)使 MOFs比 常規(guī)材料更具有優(yōu)勢.在構(gòu)建電化學(xué) DNA 傳感器 過程中,MOFs的多孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積可以使 DNA 探針牢固地固定在電極表面,避免 DNA 探針 受外界環(huán)境因素的影響[３０].MOFs作為一種催化材料,可以間接電催化硫堇、MB、Fc等信號(hào)物質(zhì),進(jìn) 而放 大 檢 測 信 號(hào). 因 此,基 于 MOFs 的 電 化 學(xué) DNA 傳感器廣泛用于腫瘤標(biāo)志物、抗生素以及重金 屬的靈敏、準(zhǔn)確檢測.

３．１ 腫瘤標(biāo)志物的檢測

３．１．１ 端粒酶

端粒酶是一種由 DNA 與蛋白質(zhì)組成的核糖核 蛋白復(fù)合體,是乳腺癌、卵巢癌、胃癌等多種腫瘤的 生物標(biāo)志物[３１Ｇ３２].

DONG 等[３３]將 MB 標(biāo)記的發(fā)夾 DNA 與端粒 酶引 物 (TP)形 成 的 復(fù) 合 物 (MBＧHPsＧTP)通 過 Au－S鍵固定在電極表面,當(dāng)反應(yīng)體系中存在端粒 酶和脫氧核糖核苷三磷酸復(fù)合物時(shí),發(fā)夾 DNA 打 開,MB遠(yuǎn)離電極表面使產(chǎn)生的電流降低,隨后向反 應(yīng)體 系 中 加 入 Au＠CeMOFsＧcDNA,互 補(bǔ) DNA (cDNA)能與 TP 的延伸段雜交固定在電極表面, Au＠CeMOFsＧcDNA 可以電催化對(duì)苯二酚(HQ), 從而產(chǎn)生 HQ 的氧化峰.基于此,構(gòu)建了一種比率 電化學(xué) DNA 生物傳感器,實(shí)現(xiàn)了端粒酶的檢測,線 性范圍為２×１０２ ~２×１０６cells??mL－１,檢出限為 ２７cells??mL－１.

WANG 等[３４]在 PCNＧ２２４(一種 MOFs)上原位 修飾銀納米粒子(AgNPs)形成 AgNPs/PCNＧ２２４, 然后采用鏈霉親和素(SA)的識(shí)別部分對(duì) AgNPs/ PCNＧ２２４進(jìn)行生物功能化修飾,并設(shè)計(jì)了一種含有 SA 適配體的發(fā)夾結(jié)構(gòu) DNA 以用于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo).當(dāng) 端粒酶存在時(shí),端粒酶可以拉長發(fā)夾結(jié)構(gòu) DNA 中 的引物以取代部分莖鏈,從而導(dǎo)致發(fā)夾結(jié)構(gòu) DNA 中的SA 適配體形成開放結(jié)構(gòu).由于與核酸適配體 的特異性相互作用,含有 SA 識(shí)別部分的 AgNPs/ PCNＧ２２４會(huì)與發(fā)夾結(jié)構(gòu) DNA 中開放的 SA 適配體 結(jié) 合 附 著 在 電 極 表 面,AgNPs/PCNＧ２２４ 中 的 AgNPs在０．０７２V 處產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了 端粒 酶 的 檢 測,線 性 范 圍 為 １．０×１０－７ ~１．０× １０－１IU??L－１,檢出限為５．４×１０－８IU??L－１.

３．１．２ miRNAＧ２１和 miRNAＧ１２６

miRNA 是一種長度為１９~３９kb的內(nèi)源性非 編碼 RNA.目 前 為 止,miRNAＧ２１ 與 miRNAＧ１２６ 是研究較多的 miRNA,二者可以作為膀胱癌、直腸 癌、肺癌等多種惡性腫瘤的生物標(biāo)志物[３５Ｇ３６].

MA 等[３７]制備了含有硫堇的 MOFs衍生的FeＧ NＧCＧ硫堇以及 Fe３O４＠AuNPs,并將二者依次修飾 在磁性 玻 碳 電 極 表 面,此 時(shí) FeＧNＧC 與 Fe３O４ ＠AuNPs共同催化硫堇的電還原過程可產(chǎn)生一個(gè)原 始電流;再通過 Au－S鍵將－SH 功能化的發(fā)夾探 針 １ 固 定 在 AuNPs＠ Fe３O４ 表 面,然 后 滴 加 miRNAＧ２１,當(dāng) miRNAＧ２１存在時(shí),會(huì)觸發(fā)催化發(fā)夾 組裝反應(yīng),進(jìn)而提高傳感器的靈敏度;然后再滴加導(dǎo) 電性差的SiO２ 納米球修飾的發(fā)夾探針２,此時(shí)SiO２ 的存在會(huì)使原始電流降低.基于 miRNAＧ２１ 的濃 度與信 號(hào) 電 流 差 值 之 間 的 良 好 線 性 關(guān) 系 實(shí) 現(xiàn) 了 miRNAＧ２１的 檢 測,線 性 范 圍 為 １fmol??L－１ ~ １０nmol??L－１,檢出限為０．６３fmol??L－１.

HU 等[３８] 制 備 了 一 種 新 型 雙 金 屬 MOFs (CoNiＧMOFs),然后通過氫鍵、πＧπ堆疊和范德華力 的聯(lián)合作用,將與 miRNAＧ１２６堿基互補(bǔ)的 DNA 探 針牢固固定在 CoNiＧMOFs上.由于 DNA 探針可 以與 miRNAＧ１２６ 的 堿 基 互 補(bǔ) 結(jié) 合,進(jìn) 而 實(shí) 現(xiàn) 了 miRNAＧ１２６的 靈 敏 檢 測,線 性 范 圍 為 １fmol?? L－１~１０nmol??L－１,檢出限低至０．１４fmol??L－１.

３．１．３ 癌胚抗原

癌胚抗原(CEA)是一種膜結(jié)合糖蛋白,與疾病 復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)增加和患者預(yù)后不良有關(guān),是肺癌、乳腺癌 等多種惡性腫瘤的生物標(biāo)志物[３９].

LI等[４０]將制備了含有多巴胺(PDA)、AuNPs 的八 面 體 FeＧMOFs 復(fù) 合 材 料 (PDA＠ Au＠FeＧ MOFs),通過１Ｇ[３Ｇ(二甲氨基)丙基]Ｇ３Ｇ乙基碳二亞 胺鹽酸鹽和 NＧ羥基琥珀酰亞胺偶聯(lián)劑活化 PDA＠ Au＠FeＧMOFs 中 的 羧 基 (－ COOH). 豐 富 的 －COOH在多孔 PDA＠Au＠FeＧMOFs表面可以 鏈接更多氨基化修飾的適配體,進(jìn)而可以氧化還原 PDA,并加速電子轉(zhuǎn)移以實(shí)現(xiàn)雙重信號(hào)放大.基于 PDA＠ Au＠FeＧMOFs 復(fù) 合 材 料 構(gòu) 建 了 電 化 學(xué) DNA 傳 感 器 以 用 于 CEA 的 檢 測,線 性 范 圍 為 １fg??mL－１ ~１μg??mL－１,檢 出 限 為 ０．３３fg?? mL－１.

３．２ 抗生素的檢測

３．２．１ 土霉素和卡那霉素

CHEN 等[４１]采用 UiOＧ６６ＧNH２ 包裹金屬離子 (Cd２＋ 或 Pb２＋ ),并通過 Cd２＋ 或 Pb２＋ 與適配體之間 形成 的 金 屬 離 子 ＠ 氨 基 配 位 鍵 將 適 配 體 固 定 在 UiOＧ６６ＧNH２ 上,同 時(shí) 在 磁 珠 上 固 定 抗 單 鏈 抗 體 (antiＧssDNA,作為分離抗體),當(dāng)反應(yīng)體系中出現(xiàn) 目標(biāo)物時(shí),antiＧssDNA 與 目 標(biāo) 物 競 爭 性 結(jié) 合 適 配 體,使適配體從磁珠上分離.此外,核酸外切酶水解 適配體使目標(biāo)物重新游離到反應(yīng)體系中,使信號(hào)放大,實(shí)現(xiàn)了土霉素和卡那霉素的同時(shí)檢測,線性范圍 為０．５pmol??L－１~５０nmol??L－１,檢出限分別為 ０．１８pmol??L－１和０．１５pmol??L－１.

３．２．２ 氯霉素

WANG 等[４２]制 備 了 中 空 納 米 盒 (PtPd＠NiＧ CoHNBs)與二烯丙基二甲基氯化銨功能化石墨烯 (PDDAＧGr)的 復(fù) 合 材 料 (PDDAＧGr/PtPd＠ NiＧ CoHNBs),然后通過 Pt－S鍵、Pd－S鍵在 PDDAＧ Gr/PtPd＠ NiＧCoHNBs 上 固 定 DNA 鏈,并 采 用 UiOＧ６６封裝 MB鏈接捕獲 DNA 作為捕獲探針,在 ExoIII輔 助 循 環(huán) 擴(kuò) 增 策 略 下,當(dāng) 氯 霉 素 存 在 時(shí), dsDNA解離,互補(bǔ)鏈釋放,基于適配體和氯霉素之 間的高親和力,互補(bǔ)鏈結(jié)合到發(fā)夾 DNA 末端形成 另一種dsDNA 結(jié)構(gòu),觸發(fā)新的循環(huán),導(dǎo)致最終樣本 中出現(xiàn)觸發(fā) DNA 與捕獲探針雜交,實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大. 基于此,開發(fā)了一種電化學(xué) DNA 傳感器,用于氯霉 素的 靈 敏 檢 測,線 性 范 圍 為 １０fmol?? L－１ ~ １０nmol??L－１,檢出限為０．９８５fmol??L－１.

３．２．３ 博來霉素

HE 等[４３]制 備 了 UiOＧ６６ＧNH２,并 利 用 UiOＧ ６６ＧNH２ 修飾電極表面.通過酰胺反應(yīng)將磁珠與末 端修飾FcＧDNAs信號(hào)探針的發(fā)夾探針２相結(jié)合,當(dāng) Fe２＋ 存在時(shí),Fe２＋ 會(huì)與博來霉素結(jié)合形成“博來霉 素ＧFe(Ⅱ)”復(fù)合物,進(jìn)而可以切割發(fā)夾探針１來釋 放觸發(fā)序列,觸發(fā)序列在反應(yīng)體系中能激活 Zn２＋ 依 賴性脫 氧 核 糖 核 酸 酶 (DNAzyme),從 而 使 大 量 FcＧDNAs信號(hào)探針從磁珠上固定的發(fā)夾探針２中釋 放出來,釋放的 FcＧDNAs吸附在 UiOＧ６６ＧNH２ 修 飾的電極表面以放大電信號(hào).基于此,構(gòu)建了一種 靈敏的電化學(xué) DNA 傳感器并用于測定博來霉素, 線性 范 圍 為 ５~２ ０００ pmol?? L－１,檢 出 限 為 ４pmol??L－１.

３．３ 重金屬離子的檢測

３．３．１ Hg ２＋

ZHANG 等[４４]將 AuNPs修飾到電極表面并通 過 Au－S 鍵將 DNA２ 固定至其表面,再采用 CuＧ MOFs負(fù)載 AuNPs復(fù)合物(CuＧMOFs/Au),通 過 Au－S 鍵 對(duì) DNA１ 進(jìn) 行 標(biāo) 記 以 形 成 DNA１/CuＧ MOFs/Au,并 作 為 信 號(hào) 探 針. 當(dāng) Hg ２＋ 存 在 時(shí), Hg ２＋ 會(huì)激活發(fā)夾 DNA２,并通過 TＧHg ２＋ＧT 配位化 學(xué)鍵在 DNA１和 DNA２之間形成 TＧT 錯(cuò)配,進(jìn)而 構(gòu)建了一 種 靈 敏 地 檢 測 乳 制 品 中 Hg ２＋ 的 電 化 學(xué) DNA 傳 感 器,線 性 范 圍 為 １０ fmol?? L－１ ~１００nmol??L－１,檢出限為４．８fmol??L－１.

３．３．２ Pb２＋

YU 等[４５]采用還原氧化石墨烯Ｇ四亞乙基戊胺Ｇ AuNPs(rGOＧTEPAＧAu)復(fù)合材料修飾電極,再通 過 AuＧNH２ 將SA 固定在rGOＧTEPAＧAu表面,然 后滴加生物素標(biāo)記的底物 DNA 鏈和 Pb２＋Ｇ特異性 DNAzyme,在 Pb２＋ 的 存 在 下,Pb２＋Ｇ特 異 性 DNAzyme激活切割底物 DNA 鏈,從 而 產(chǎn) 生 新 的 ssDNA.同時(shí)制備了鉑、鈀摻雜的鐵Ｇ有機(jī)骨架材料 (PdＧPtNPs＠FeＧMOFs)作為電催化劑,并將巰基化 的發(fā) 夾 DNA(HP)通 過 共 價(jià) 鍵 合 法 固 定 在 PdＧ PtNPs＠FeＧMOFs上,然后利用 HP 與 ssDNA 的 互補(bǔ)鏈雜交將 PdＧPtNPs＠FeＧMOFs結(jié)合到電極表 面催化 H２O２ 以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大.基于此,構(gòu)建了間 接檢測水樣中 Pb２＋ 的電化學(xué) DNA 傳感器,線性范 圍為０．００５~１０００nmol??L－１,檢出限為２pmol?? L－１.

３．４ 其他物質(zhì)的檢測

３．４．１ 凝血酶

XIE等[４６]將 MoS２ 與１Ｇ胺丙基Ｇ３Ｇ甲基咪唑氯 鹽(ILＧNH２)修飾的 AuNPs(AuNPs＠ILＧMoS２)復(fù) 合材料作為電極修飾材料,然后通過 Au－S鍵將硫 醇 化 適 配 體 的 三 維 支 架 DNA 納 米 四 面 體 (３DNTH)固定在 AuNPs＠ILＧMoS２ 表面,隨后依 次加入凝 血 酶、通 過 EDC 和 NHS 功 能 化 修 飾 的 AuNPs＠FeＧMILＧ８８(MIL代表萊瓦希爾骨架材料, 是一類 MOFs)結(jié)合cDNA 而形成的 AuNPs＠FeＧ MILＧ８８＠cDNA,并作為信號(hào)探針,３DNTH 中的適 配體、AuNPs＠FeＧMILＧ８８＠cDNA 的cDNA 與凝 血酶 特 異 性 結(jié) 合,檢 測 底 液 中 [Fe(CN)６ ]３－/４－ ([Fe(CN)６]３－ 與[Fe(CN)６]４－ 的混合物)的信號(hào)并 使之保持穩(wěn)定,而 AuNPs＠FeＧMILＧ８８＠cDNA 的 信號(hào)則隨凝血酶濃度的升高而增強(qiáng).基于此,構(gòu)建 了比率電化學(xué) DNA 傳感器,實(shí)現(xiàn)了凝血酶的檢測, 線性范 圍 為 ０．２９８~２９．８pmol??L－１,檢 出 限 為 ５９．６fmol??L－１.

３．４．２ 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇

WEN 等[４７]通過三水硝酸銅和聚乙烯吡咯烷酮 制備了多功能氮摻雜的銅 金 屬 有 機(jī) 骨 架 材 料 (NＧ CuＧMOF),該材料不僅可以作為信號(hào)探針,還可以 通過氨基與 Cu的相互作用將脫氧雪腐鐮刀菌烯醇 的適配體固定在 NＧCuＧMOF表面.基于此,建立了 一種用于快速、靈敏測定脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的簡易電化學(xué) DNA 傳感器,線性范圍為０．０２~２０ng?? mL－１,檢出限為０．００８ng??mL－１.

３．４．３ 赭曲霉毒素 A

QIU 等[４８]采 用 溶 劑 熱 法 合 成 UiOＧ６６,通 過 Au－S鍵將硫代化支撐序列(TSS)固定在金電極表 面,再利用Zr４＋ 與磷酸鹽基團(tuán)(－PO４ ３－ )的特異協(xié) 同作用,將赭曲霉毒素 A 的適配體與 TSS進(jìn)行雜 交,通過ZrＧOＧP配位鍵將高穩(wěn)定的 UiOＧ６６原位移 植到赭曲霉毒素 A 適配 體 的 末 端.隨 后,ZrＧOＧP 配位鍵將大量帶有－PO４ ３－ 的 MB標(biāo)記探針組裝在 UiOＧ６６表面,產(chǎn)生強(qiáng)烈電化學(xué)響應(yīng),當(dāng)赭曲霉毒素 A 存在時(shí),它可以與 TSS 競爭性結(jié)合,使 UiOＧ６６ 封裝的５′ＧPO４ ３－ 與３′ＧMB 雙標(biāo)記序列從傳感器表 面分離,從而降低電化學(xué)信號(hào).基于此,建立了一個(gè) 快速、靈敏檢測赭曲霉毒素 A 的電化學(xué) DNA 傳感 器,線性范圍為０．１fmol??L－１~２．０μmol??L－１,檢 出限為０．０７９fmol??L－１.

３．４．４ mecA 和nuc基因

DAI等[４９]合成了雙金屬沸石咪唑骨架衍生的 氮摻雜多孔碳以及 UiOＧ６６ＧNH２,并將二者依次滴 加在玻碳電極表面,再通過酰胺鍵將羧基化靶ssDＧ NA 偶聯(lián)到 UiOＧ６６ＧNH２ 納米載體上,并將 MB 和 表柔比星(EP)分別封裝在 UiOＧ６６ＧNH２ 的孔內(nèi),然 后加入對(duì)應(yīng)靶ssDNA 的互補(bǔ)鏈,形成dsDNA 以包 封住 MB和 EP,當(dāng)兩個(gè)目標(biāo) DNA 都存在時(shí),mecA 和nuc基因與相應(yīng)cDNA 完全雜交使 MB和 EP被 釋放,產(chǎn)生兩個(gè)電流.基于此,構(gòu)建了一種可以同時(shí) 檢測耐甲氧西林金黃色葡萄球菌中的 mecA 和nuc 基因的 電 化 學(xué) DNA 傳 感 器,線 性 范 圍 均 為 ５× １０－１５ ~ １ × １０ －１０ mol?? L－１,檢 出 限 分 別 為 ３．７fmol??L－１和１．６fmol??L－１.

３．４．５ 香蘭素

SUN 等[５０]利用多孔結(jié)構(gòu)超導(dǎo)電炭黑/Fc雙摻 MOFs(FcＧKB/ZIFＧ８)修 飾 電 極,再 原 位 電 沉 積 AuNPs,并通過 Au－S鍵將香蘭素５′ＧSH 修飾的適 配體固定在 FcＧKB/ZIFＧ８＠AuNPs上.當(dāng)香蘭素 存在時(shí),香蘭素可以與適配體結(jié)合,使其峰值電流 (IVan,作為響應(yīng)信號(hào))強(qiáng)度增加,ZIFＧ８摻入的 Fc峰 值電流(IFc,作為參考信號(hào))強(qiáng)度略有變化.基 于 IVan/IFc的比率響應(yīng)構(gòu)建了比率電化學(xué)適配體傳感 器,用于檢測香蘭素,線性范圍為１０nmol??L－１ ~ ０．２mmol??L－１,檢出限為３nmol??L－１.

４ 總結(jié)與展望

本工作綜述了基于 MOFs的電化學(xué) DNA 傳感 器在分析檢測各領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展,低成本、便攜、寬 線性范圍等優(yōu)點(diǎn)使之成為傳統(tǒng)分析檢測各領(lǐng)域方法 的有效替代方法.未來基于 MOFs的電化學(xué) DNA 傳感器在分析檢測領(lǐng)域應(yīng)側(cè)重以下幾個(gè)方面:電化 學(xué) DNA 傳感器的檢測分析在準(zhǔn)確度和靈敏度方面 目前仍然存在挑戰(zhàn),應(yīng)致力于研究 MOFs復(fù)合材料 修飾于傳感平臺(tái)或信號(hào)放大策略,進(jìn)而提高檢測靈 敏度,降低檢出限;不斷提高 MOFs的耐酸堿、熱腐 蝕能力,合理優(yōu)化 MOFs孔徑設(shè)計(jì),并與其他通信 技術(shù)相結(jié)合,如打造可移動(dòng)傳感器,可以通過平板電 腦和智能手機(jī)等通信工具與電化學(xué)傳感器相組合來 構(gòu)建;注重發(fā)揮 MOFs的優(yōu)勢,可與電化學(xué) DNA 傳 感器結(jié)合制作出大批量成本低、便捷、靈敏度高、實(shí) 用性高的傳感器;電化學(xué) DNA 技術(shù)與聚合酶鏈?zhǔn)? 反應(yīng)、氣相色譜等技術(shù)相結(jié)合,將應(yīng)用范圍拓寬至活 體和在線實(shí)時(shí)分析等領(lǐng)域.綜上所述,結(jié)構(gòu)的高可 變性 及 其 可 用 于 DNA 傳 感 器 構(gòu) 建 的 易 用 性 使 MOFs可以在分析檢測領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用.

參考文獻(xiàn):

[１] ZHOU N,SUFF,GUOCP,etal．TwoＧdimensional orientedgrowthofZnＧMOFＧonＧZrＧMOFarchitecture: Ahighlysensitiveandselectiveplatformfordetecting cancer markers[J]．Biosensors and Bioelectronics, ２０１９,１２３:５１Ｇ５８．

[２] AYDOˇGDUTIˇG G,KOYUNCUZD,ZEYBEKB,et al．InteractionofprednisonewithdsDNAatsilvernanＧ oparticles/poly(glyoxalＧbis(２Ｇhydroxyanil))/dsDNA modifiedelectrodeanditsanalyticalapplication[J]． Bioelectrochemistry,２０１９,１２６:５６Ｇ６３．

[３] ARYASK,ESTRELA P．Recentadvancesin enＧ hancementstrategiesforelectrochemicalELISAＧbased immunoassaysforcancerbiomarkerdetection[J]．SenＧ sors,２０１８,１８(７):２０１０Ｇ２０２０．

[４] LINGPH,LEIJP,ZHANGL,etal．PorphyrinＧenＧ capsulatedmetalＧorganicframeworksasmimeticcataＧ lystsforelectrochemicalDNA sensingviaallosteric switchofhairpin DNA [J]．Analytical Chemistry, ２０１５,８７(７):３９５７Ｇ３９６３．

[５] Lü M M,FANSF,WANGQL,etal．AnenzymeＧ freeelectrochemicalsandwichDNAassaybasedonthe useofhybridizationchainreactionandgoldnanopartiＧ cles:ApplicationtothedeterminationoftheDNAofHelicobacterpylori[J]．MikrochimicaActa,２０１９,１８７ (１):７３Ｇ８３．

[６] LOW KF,ZAINZ M,YEANCY．AsignalＧampliＧ fiedelectrochemicalDNAbiosensorincorporatedwith acolorimetricinternalcontrolforVibriocholeraedeＧ tectionusingshelfＧreadyreagents[J]．Biosensorsand Bioelectronics,２０１７,８７:２５６Ｇ２６３．

[７] GONGQJ,WANG Y D,YANG H Y．Asensitive impedimetricDNAbiosensorforthedeterminationof the HIV gene based on grapheneＧNafion composite film[J]．BiosensorsandBioelectronics,２０１７,８９:５６５Ｇ ５６９．

[８] WUXJ,HANST,YANGY,etal．Decreasedbrain GABAlevelsinpatientswith migrainewithoutaura: AnexploratoryprotonmagneticresonancespectroscoＧ pystudy[J]．Neuroscience,２０２２,４８８:１０Ｇ１９．

[９] NING W Y,DIZH,YU YJ,etal．ImpartingdesigＧ ner biorecognition functionality to metalＧorganic frameworksbya DNAＧmediatedsurfaceengineering strategy[J]．Small,２０１８,１４(１１):３８１２Ｇ３８２０．

[１０] EVTUGYN G,BELYAKOVAS,PORFIREVA A, etal．Electrochemicalaptasensorsbasedon hybrid metalＧorganicframeworks[J]．Sensors,２０２０,２０ (２３):６９６３Ｇ６９９６．

[１１] LINGPH,LEIJP,JIAL,etal．PlatinumnanopＧ articlesencapsulated metalＧorganicframeworksfor theelectrochemicaldetection oftelomeraseactivity [J]．ChemicalCommunications,２０１６,５２(６):１２２６Ｇ １２２９．

[１２] SHEN WJ,ZHUO Y,CHAIY Q,etal．CeＧbased metalＧorganicframeworksandDNAzymeＧassistedreＧ cyclingasdualsignalamplifiersforsensitiveelectroＧ chemicaldetectionoflipopolysaccharide[J]．BiosenＧ sorsandBioelectronics,２０１６,８３:２８７Ｇ２９２．

[１３] WANG M H,HU M Y,LIZZ,etal．Construction ofTbＧMOFＧonＧFeＧMOFconjugateasanovelplatＧ formforultrasensitivedetectionofcarbohydrateantiＧ gen１２５andlivingcancercells[J]．Biosensorsand Bioelectronics,２０１９,１４２:５６Ｇ６３．

[１４] 榮勝忠,張慧,鄒立娜,等．金屬有機(jī)骨架復(fù)合材料生 物傳感器檢測腫瘤標(biāo)志物的應(yīng)用進(jìn)展[J]．分析試驗(yàn) 室,２０２１,４０(２):２３３Ｇ２４０．

[１５] CHITICARUEA,PILANL,DAMIANC M,etal． InfluenceofgrapheneoxideconcentrationwhenfabriＧ catinganelectrochemicalbiosensorforDNAdetection [J]．Biosensors,２０１９,９(４):１１３Ｇ１３１．

[１６] CHEN Y H,GUOSL,ZHAO M,etal．AmperoＧ metricDNAbiosensorforMycobacteriumtuberculoＧ sisdetectionusingflowerＧlikecarbonnanotubesＧpolyＧ anilinenanohybridandenzymeＧassistedsignalampliＧ ficationstrategy[J]．Biosensorsand Bioelectronics, ２０１８,１１９:２１５Ｇ２２０．

[１７] CUIMJ,ZHAO Q Y,ZHANG Q,etal．Nitrogen dopedchiralcarbonaceousnanotubeforultrasensitive DNAdirectelectrochemistry,DNAhybridizationand damagestudy[J]．Analytica Chimica Acta,２０１８, １０３８:４１Ｇ５１．

[１８] AIXZ,MA Q,SU XG．MultiplexDNAsensorfor BRAFandBRCAdetection[J]．AnalyticalBiochemisＧ try,２０１３,４３８(１):２２Ｇ２８．

[１９] ARIFFINEY,LEEY H,FUTRAD,etal．AnulＧ trasensitivehollowＧsilicaＧbasedbiosensorforpathoＧ genicEscherichiacoli DNAdetection[J]．Analytical andBioanalyticalChemistry,２０１８,４１０(９):２３６３Ｇ ２３７５．

[２０] DEMIRELG,RZAEVZ,PATIRS,etal．Poly(NＧ isopropylacrylamide)layers on silicon wafers as smartDNAＧsensorplatforms[J]．JournalofNanoＧ scienceandNanotechnology,２００９,９(３):１８６５Ｇ１８７１．

[２１] SUS,CAO W F,LIU W,etal．DualＧmodeelectroＧ chemicalanalysisofmicroRNAＧ２１usinggoldnanopＧ articleＧdecoratedMoS２ nanosheet[J]．Biosensorsand Bioelectronics,２０１７,９４:５５２Ｇ５５９．

[２２] MAJH,CHAIW X,LUJY,etal．CoatingaDNA selfＧassembledmonolayerwithametalorganicframeＧ workＧbased exoskeletonforimprovedsensing perＧ formance[J]．The Analyst,２０１９,１４４(１１):３５３９Ｇ ３５４５．

[２３] 許永強(qiáng)．電化學(xué) DNA 生物傳感平臺(tái)的構(gòu)建及其應(yīng)用 [D]．南京:南京郵電大學(xué),２０２０．

[２４] 王存,劉蕃鑫,惠俊敏,等．基于生物金屬有機(jī)骨架封 裝亞甲基 藍(lán) 復(fù) 合 材 料 和 信 號(hào) 放 大 策 略 高 靈 敏 檢 測 microRNAＧ１４１[J]．分 析 化 學(xué),２０２０,４８(９):１１８５Ｇ １１９２．

[２５] BAOT,FURB,WEN W,etal．TargetＧdrivencasＧ cadeＧamplifiedreleaseofloadsfrom DNAＧgatedmetＧ alＧorganicframeworksforelectrochemicaldetectionof cancerbiomarker[J]．ACS Applied Materials & InＧ terfaces,２０２０,１２(２):２０８７Ｇ２０９４．

[２６] SHEN WJ,ZHUO Y,CHAIY Q,etal．CuＧbased metalＧorganicframeworksasacatalysttoconstructa ratiometricelectrochemicalaptasensorforsensitiveliＧ popolysaccharidedetection[J]．AnalyticalChemistry, ２０１５,８７(２２):１１３４５Ｇ１１３５２．

[２７] DENGCY,PIX M,QIANP,etal．HighＧperformＧ anceratiometricelectrochemicalmethodbasedonthecombinationofsignalprobeandinnerreferenceprobe inonehairpinＧstructuredDNA[J]．AnalyticalChemＧ istry,２０１７,８９(１):９６６Ｇ９７３．

[２８] YU H,HANJ,AN SJ,etal．Ce(Ⅲ,Ⅳ)ＧMOF electrocatalystassignalＧamplifyingtagforsensitive electrochemicalaptasensing[J]．BiosensorsandBioＧ electronics,２０１８,１０９:６３Ｇ６９．

[２９] WANGZ,YU H,HANJ,etal．RareCo/FeＧMOFs exhibitinghigh catalyticactivityin electrochemical aptasensorsforultrasensitivedetectionofochratoxin A[J]．ChemicalCommunications,２０１７,５３(７１): ９９２６Ｇ９９２９．

[３０] WU CJ,WANGSF,LUO XL,etal．Adenosine triphosphate responsive metalＧorganic frameworks equippedwithaDNAstructurelockforconstruction ofaratiometricSERSbiosensor[J]．ChemicalComＧ munications,２０２０,５６(９):１４１３Ｇ１４１６．

[３１] DRATWA M,WYSOCZA??SKAB,?ACINAP,et al．TERTＧregulationandrolesincancerformation[J]． FrontiersinImmunology,２０２０,１１:９２９Ｇ９４５．

[３２] ROAKEC M,ARTANDISE．Regulationofhuman telomeraseinhomeostasisanddisease[J]．NatureReＧ viewsMolecularCellBiology,２０２０,２１(７):３８４Ｇ３９７．

[３３] DONGPF,ZHULY,HUANGJ,etal．ElectrocaＧ talysisofcerium metalＧorganicframeworksforratioＧ metricelectrochemicaldetectionoftelomeraseactivity [J]．BiosensorsandBioelectronics,２０１９,１３８:３Ｇ１３．

[３４] WANGY Q,DONGPF,HUANGJ,etal．Direct electrochemistry of silver nanoparticlesＧdecorated metalＧorganic frameworks for telomerase activity sensingviaallostericactivationofanaptamerhairpin [J]．AnalyticaChimicaActa,２０２１,１１８４:３６Ｇ４６．

[３５] BAUTISTAＧSáNCHEZD,ARRIAGAＧCANON C, PEDROZAＧTORRESA,etal．Thepromisingroleof miRＧ２１asacancerbiomarkeranditsimportancein RNAＧbasedtherapeutics[J]．Molecular TherapyＧ NucleicAcids,２０２０,２０:４０９Ｇ４２０．

[３６] HUANG B,WU GZ,PENG C X,etal．miRＧ１２６ regulatestheproliferation,migration,invasion,and apoptosisofnonＧsmalllungcancercellsviaAKT２/ HK２axis[J]．IUBMBLife,２０２１:１Ｇ１０．

[３７] MAXY,QIANK,EJEROMEDOGHENEO,etal． AlabelＧfreeelectrochemicalplatformbasedonathioＧ ninefunctionalized magnetic FeＧNＧC electrocatalyst forthedetectionofmicroRNAＧ２１[J]．TheAnalyst, ２０２１,１４６(１４):４５５７Ｇ４５６５．

[３８] HU M,ZHUL,LIZZ,etal．CoNibimetallicmetＧ alＧorganicframeworkasanefficientbiosensingplatＧ formformiRNA１２６detection[J]．AppliedSurface Science,２０２１,５４２:５８６Ｇ５９７．

[３９] HAO C,ZHANG G Q,ZHANG LJ．Serum CEA levelsin４９differenttypesofcancerandnoncancer diseases[J]．Progress in Molecular Biology and TranslationalScience,２０１９,１６２:２１３Ｇ２２７．

[４０] LIJF,LIUL,AIYJ,etal．SelfＧpolymerizeddopaＧ mineＧdecorated Au NPsand coordinated with FeＧ MOFasadualbindingsitesanddualsignalＧamplifＧ yingelectrochemicalaptasensorforthedetectionof CEA[J]．ACSAppliedMaterials&Interfaces,２０２０, １２(５):５５００Ｇ５５１０．

[４１] CHEN M,GAN N,ZHOU Y,etal．AnelectroＧ chemicalaptasensorformultiplexantibioticsdetection basedonmetalionsdopednanoscaleMOFsassignal tracersand RecJf exonucleaseＧassistedtargetsrecyＧ clingamplification[J]．Talanta,２０１６,１６１:８６７Ｇ８７４．

[４２] WANGSY,HEBS,LIANGY,etal．Exonuclease IIIＧdriven dualＧamplified electrochemicalaptasensor basedonPDDAＧGr/PtPd＠NiＧCohollow nanoboxes forchloramphenicoldetection[J]．ACSAppliedMateＧ rials&Interfaces,２０２１,１３(２２):２６３６２Ｇ２６３７２．

[４３] HEY Q,GAO Y,GU H W,etal．TargetＧinduced activationofDNAzymeforsensitivedetectionofbleoＧ mycinbyusingasimpleMOFＧmodifiedelectrode[J]． BiosensorsandBioelectronics,２０２１,１７８:３０３４Ｇ３０３９．

[４４] ZHANGXN,ZHU M C,JIANGYJ,etal．Simple electrochemicalsensing for mercuryionsin dairy product using optimal Cu２＋Ｇbased metalＧorganic frameworksassignalreporting[J]．JournalofHazＧ ardousMaterials,２０２０,４００:２２２Ｇ２２９．

[４５] YU YJ,YU C,NIU Y Z,etal．Targettriggered cleavageeffectofDNAzyme:RelyingonPdＧPtalloys functionalized FeＧMOFsforamplified detection of Pb２＋ [J]．BiosensorsandBioelectronics,２０１８,１０１: ２９７Ｇ３０３．

[４６] XIEFT,ZHAOXL,CHIKN,etal．FeＧMOFsas signalprobescoupling with DNAtetrahedralnanoＧ structures for construction ofratiometric electroＧ chemicalaptasensor[J]．Analytica Chimica Acta, ２０２０,１１３５:１２３Ｇ１３１．

[４７] WENXY,HUANGQ W,NIEDX,etal．A multiＧ functionalNＧdopedCuＧMOFs(NＧCuＧMOF)nanomaＧ terialＧdrivenelectrochemicalaptasensorforsensitive detectionofdeoxynivalenol[J]．Molecules,２０２１,２６ (８):２２４３Ｇ２２５４．

[４８] QIU W W,GAOF,YANON,etal．SpecificcoordiＧ nation between ZrＧMOF and phosphateＧterminatedDNAcoupledwithstranddisplacementfortheconＧ structionofreusableandultrasensitiveaptasensor[J]． AnalyticalChemistry,２０２０,９２(１６):１１３３２Ｇ１１３４０．

[４９] DAIG,LIZ,LUOFF,etal．SimultaneouselectroＧ chemicaldeterminationofnucand mecA genesfor identificationof methicillinＧresistantStaphylococcus aureususingNＧdopedporouscarbonandDNAＧmodiＧ fiedMOF[J]．MikrochimicaActa,２０２１,１８８(２):３９Ｇ ４８．

[５０] SUN YJ,JIANGX W,JIN H,etal．Ketjenblack/ ferrocene dualＧdoped MOFs and aptamerＧcoupling goldnanoparticlesusedasanovelratiometricelectroＧ chemicalaptasensorforvanillindetection[J]．AnalytiＧ caChimicaActa,２０１９,１０８３:１０１Ｇ１０９．

<文章來源>材料與測試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－化學(xué)分冊(cè)>58卷>9期(pp:1109-1116)>