Angew：一套探针完成现场定性和实验室定量检测

适配体具有出色的特异性和多功能的可编程结构，采用适配体作为探针可以构建适用于各种场景的生物传感器件。那么，能否通过设计基于适配体的探针或探针组，并以此构建多功能的生物传感系统呢？近日，中国地质大学（武汉）黄羽教授与夏帆教授通过设计超级三明治DNA探针和构筑具有疏水性内壁的纳米通道，构建了具有双重功能的生物传感体系，用一套探针实现了现场分析的定性检测和精确分析的定量检测。相关论文发表在Angewandte Chemie International Edition。

近年来，健康保护和环境监测引起越来越多的关注，开发针对各种应用场景的生物传感器件也随之成为科学研究的热点。追求高灵敏度、高特异性、便携、低成本、现场检测、智能检测的传感器件成为一种重要趋势。其中，以适配体作为探针的传感器件是生物传感器件的重要组成部分，在医学诊断、食品安全和环境保护等不同领域具有重要的应用价值。然而，许多基于适配体的探针通常只提供单一功能，限制了它们满足多方面传感系统不同要求的能力。

图1. 在具有疏水性内壁的纳米通道上修饰的超级三明治DNA探针的传感器件。

中国地质大学（武汉）黄羽教授与夏帆教授开发的基于超级三明治DNA探针和浸润性分区修饰固态纳米孔道的生物传感器很好的弥补了上述缺憾。根据重要环境污染物靶标微囊藻毒素-LR（MC-LR）的适配体结构，他们设计了一种超级三明治DNA探针。相较于普通三明治DNA探针由三条DNA链组成，该探针能组成3n条DNA链的超级结构。因此，超级三明治DNA探针与靶标结合造成的信号值差异将远大于普通DNA探针。通过精准分区修饰，制备内表面疏水的AAO纳米孔道。然后，将该超级三明治DNA探针精准修饰于内表面疏水的AAO纳米孔道外表面构筑了可以精准表征和延展的生物传感器。随着靶标识别，外表面的超级三明治DNA探针解离，同时内表面疏水分子进一步压缩固态纳米孔道的有效孔径，两者的协同作用使得生物传感器件拥有超高的检测灵敏度（2.5 × 10^-7 μg/L）。基于此，通过在超级三明治探针上引入荧光分子，荧光分子会随着靶标的解离分散于液相。通过便携的试纸条检测液相中荧光分子，可以实现MC-LR的现场初筛检测，其检测限约为0.01 μg/L。同时，该器件的特异性，基质效应和真实样品的检测能力同样得到了充分的验证。

图2. MC-LR的可靠现场定性检测和超灵敏定量。

该传感器的优点在于具有超高的灵敏度、特异性，操作简便且避免使用精密贵重仪器。同时通过构建不同的超级三明治DNA探针，该传感器可以拓展至众多其他痕量靶标领域，如医疗诊断。此外，由于整个检测体系只涉及一次靶标识别过程，因此只引入了一次潜在的错误传播，从而降低了整个定性和定量检测过程中的总体错误风险。这种传感策略拓宽了基于适配体的复合探针的应用范围，在医学诊断、食品安全和环境保护等不同领域具有广阔的应用前景。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，并被评为VIP文章，第一作者是中国地质大学（武汉）博士生张炜奇。

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A Single Set of Well-Designed Aptamer Probes for Reliable On-site Qualitative and Ultra-Sensitive Quantitative Detection

Wei-Qi Zhang, Yi-Dan Tu, Hong Liu, Rui Liu, Xiao-Jin Zhang, Lei Jiang, Yu Huang, Fan Xia

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202316434

导师介绍

夏帆

https://www.x-mol.com/university/faculty/50061