DNA功能化MOFs在电化学发光传感的研究进展_闫娜莹.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .功能化 在电化学发光传感的研究进展闫娜莹（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安）摘 要：金属有机框架（，）作为一种新型多孔材料，由无机金属节点和有机配体组成。脱氧核糖核酸（）功能化 结合了 和 两者的优点，可以制作成优秀的生物传感器。首先，介绍了 和 在用于电化学发光的检测的生物传感器中的作用。其次，说明了 与 之间进行连接的方式。然后，简述了 功能化 制作的传感器在检测离子、小分子、蛋白质、核酸等方面的应用。最后，讨论了该类传感器的前景和挑战。关键词：金属有机框架；脱氧核糖核酸；电化学发光；传感器中图分类号：文献标志码：文章编号：（）作者简介：闫娜莹（），女，硕士，主要从事纳米材料和分析检测方向。（，）：，（）.（）.，.：；作为电化学技术的一个分支，电化学发光（，）具有快速的检测时间、低标本检测用量等特点。的基本原理是在电极表面发生电化学和化学发光反应后，产生高能的电子转移，形成激发态发光。根据一般反应机制大致分为两大类：湮灭型 和共反应物型。功能化金属有机框架生物传感器主要采用了共反应物型，通过发光体与共反应物发生氧化或还原反应，产生激发态的中间体的物质，从而产生发光。金属有机框架（，）由金属节点和有机配体组成，也称为配位聚合物。因其具有大表面积和高孔隙率，常被用于作为一些物质的载体平台。在传感、生物医学等领域有广泛应用。具有可编程，特异性识别等优点，被应用于传感器系统中。在单链 两端修饰上具有特殊功能的物质，可以实现传感器的某种作用。可以被核酸酶切断，从而可以将检测物远离传感器。功能化 结合了 和 两者的优点，提高了传感器的可行性。在这篇综述中，首先介绍了 和 在 功能化的 构建的生物传感器所起到的作用，又说明了 与 的连接方式，然后介绍 功能化 在检测离子、小分子、蛋白质、核酸、外泌体、癌细胞等方面的应用，最后说明了前景与挑战。与 在传感器中的作用.的作用（）作为发光体。如有孔洞的 可以作为阴极发光材料，并通过掺杂 纳米粒子催化增强共反应器的还原反应。（）加载发光体。发光体可以加载到 的表面和孔隙中，增加检测的 发射强度。常用的发光体有钌化合物、鲁米诺、量子点、聚集诱导发光物质等，均可以通过不同方式加载到不同的 上。（）作为共反应物。在 生物传感体系中，共振能量转移（，）机理常被用于降低 信号。发光体在激发态时，将能量转移到受体后返回基态，而不是以辐射能的方式释放出来。在此机制中既可以作为受体，也可以作为供体。（）消耗共反应物中间体。的中心金属粒子可以与共反应物中间体相互作用，减少其与发光体发生氧化还原反应，降低 信号。（）法拉第笼。可以作为法拉第笼制备生物传感 广 州 化 工 年 月器。将发光体、捕获单元和检测物包裹在 修饰的 形成的法拉第笼内，信号单元中的所有发光团都参与电极反应，可以增强检测的灵敏度。.的作用（）识别检测物。适配体对其靶标具有高亲和力，可以与靶标紧密结合，并且具有反应速度快、可反复使用等优点。适配体的靶标广泛，例如蛋白质、氨基酸、无机离子和药物等。（）循环检测。由不同检测物适配体的互补 连接成环状，再利用金属粒子与发光体间的 和表面等离子体共振（，）的转换分别降低和增强 信号，实现多种检测物的循环检测。（）负载猝灭剂。在 的一端连接二茂铁（），会猝灭发光，在传感器中一般用于制造低背景信号。（）转换检测物。在 上连接检测物的抗体，检测物识别后，再通过核酸外切酶进行选择性裁切出特定的目标 片段，即可以将检测物质转换为目标（）。与 的连接方式.共价键 与 间可以直接利用配位共价键连接。与 连接使用最多的共价键是 键，形成过程利用酰胺反应，即含有羧基的 和一端修饰氨基的，通过添加乙基（二甲基氨丙基）碳化二亚胺和 羧基琥珀酰亚胺缩合剂，先活化羧基，然后与胺反应得到酰胺共价键。.吸 附 与 通过其他作用力吸附连接。例如，一端修饰聚合物，聚合物再通过静电吸附在 上。适配体可以通过 堆积作用连接合成 探针。外包裹一层检测物，通过检测物与适配体的特异性识别作用连接。传感器在电化学中的应用.检测离子和胸腺嘧啶脱氧核苷酸通过特异性结合形成 结构，和聚鸟嘌呤脱氧核苷酸形成 四链体。等利用这种特性设计了一种检测这两种重金属离子的传感器。重金属离子与核苷酸形成的结构，改变发光体与金属纳米离子间的距离，从而改变 信号。可以增强 酶的活性，使得双链 解链。等人设计了三种嘌呤发光体（）利用 催化 酶活性使得 双链解链，添加发卡 与解链中的未被破坏的单链进行杂交。会嵌入到双链中，检测 信号。.检测小分子 和 拥有强 作用，可以增强 信号。同时当其距离发光体很近时，会产生 作用，降低 信号。等利用环状 改变 和 与发光体的距离，即利用 与 作用，设计了多检测性的循环检测传感器。等只利用 作用设计了一种单检测传感器。该传感器利用 到 的 作用。等将 作为受体，当添加检测物后，双链解链，远离电极，信号上升。发光体与 间利用不同连接策略，建立一种高背景信号的 生物传感器。等利用 键加载马拉硫磷适配体，合成发光探针。等设计了一种同时检测两种农药的传感器。添加检测物后，与适配体结合，发光探针远离电极，信号降低。等将苝衍生物作为发光计与铜基金属有机框架联用，合成优秀的 信号器。等通过 堆积作用，将检测物适配体加载到 上。利用适配体能够阻断电子转移，改变 实现检测。.检测蛋白质（）检测物适配体直接识别。在 上修饰适配体，直接添加检测物后，观察 信号变化。等设计了一种检测淀粉样 蛋白传感器。在有无检测物的情况下，可以分别在 和 处检测到高 信号。等制备了两种用于检测 突触核蛋白低聚物的 传感器。两种传感器都是“”信号实现检测，但传感器 有更宽的检测域，传感器 的制备更简单。等设计了一种卟啉 鲁米诺竞争机制，以提供一种用于 的双信号比率传感器。在有无检测物情况下，阴极与阳极产生两种相反状态的发光信号。等设计了检测物尿嘧啶 糖基化酶的传感器。利用了酶与适配体的识别作用和 的猝灭作用。（）检测物转换为目标。利用抗体识别作用和诱导 链置换，将检测物转换为。等报道了一种检测粘蛋白的传感器。他们使用溶剂辅助配体方法合成高度稳定的介孔发光功能化，在 存在的情况下，一端连接 发夹 打开，添加核酸内切酶后，远离电极，信号升高。（）矩阵配位诱导电化学发光。等首先利用发卡 和核酸外切酶将目标检测蛋白转换成 探针（）。将聚集诱导发光体加载到 上，添加 和核酸外切酶后，与 杂交并且部分 链断裂，远离发光体，信号升高。（）设计发光体。通过设计不同类型的发光体，如锌原卟啉、量子点、层状发光体等，增强 发射信号。等将两对能量供受体添加到量子点中。既缩短了能量传递距离，也增加了量子点的局部浓度，构建了灵敏的 探针。等报道了一种利用锌原卟啉 作为 信号装置，检测凝血酶的生物传感器。等将 作为共反应加速器，提高 信号。等将共反应物和发光体加载到 上，合成复合物。利用核酸外切酶和 改变 信号。等使用 层状结构 作为 信号器，将聚丙烯酸和 插入 中，以增加表面积和导电性。（）中空。利用水热蚀刻方法制造的中空，既保留了 的原有优势，又表现了很多优点。等设计了一种空心分层，它既增加了发光体的负载量，也有利于其在框架内的电子传递。（）。与 块状 相比，有更容易获得修饰位点、缩短电子传输距离等特点。等采用 加载发光体合成复合物。再利用抗体的识别作用，改变 信号。等将发光体加载到 上，再利用 键修饰适配体，合成发光探针。同时，他们也设计了一种聚集诱导发光复合物作为信号标签，将信号标签修饰到电极上，再利用 键将捕获探针修饰到信号标签上，可以检测到高 信号。（）“双脚”。将检测物质利用发起 转换为中间双链两端单链的“双脚”。等利用催化发夹自组装将检测物转换为 探针（）。添加 后，会通过第 卷第 期闫娜莹：功能化 在电化学发光传感的研究进展 碱基互补配对连接到电极上的单链 上。添加核酸外切酶和氯化血红素后，阻碍电子转移，信号降低。等利用适配体和蛋白的特异性识别制作双足行走分子机。当添加分子机后，部分 双链解链，再利用 降低 信号。.检测核苷酸微小（）常被用于作为肿瘤分子检测的生物标志物。等将（）封装到 中合成 作为发光体。等利用螯合作用制备 复合物，再 表面修饰链霉亲和素合成发光探针。等利用 对特定 的破坏作用，改变 信号。等利用 消耗共反应物中间体，导致 信号改变，合成检测 的生物传感器。将 作为法拉第笼，同时具有 发光器的功能。用于对法拉第笼的固定，同时具有检测的功能。等设计了一种检测 的法拉第笼生物传感器。捕获探针部分与 杂交，其余部分与 上的信号 连接，形成法拉第笼形状。他们还利用同一概念，设计了同时检测两种 的法拉第笼生物传感器。.检测外泌体前列腺特异性抗原（）是检测前列腺癌最重要的生物标志物。等设计了一种检测 的传感器。由于探针 对发光体 有猝灭作用，导致阴极上 信号降低。利用 可以加 载 较 多 聚 集 诱 导 发 光 物 质（，）而具有更高的 信号。等利用这一概念设计了一种 复合物作为传感器的发光体。由于 通过配位键限制 配体的分子内运动和缩短反应路径，所以 可以表现出优异的 性能。.检测癌细胞在癌细胞中，端粒酶不随细胞分裂而失活。所以将端粒酶认为是细胞癌变的生物标志物。等利用端粒酶和脱氧核糖核苷三磷酸会在 纳米粒子表面形成重复核苷酸序列的功能，并在添加发卡 和核酸外切酶后，将端粒酶活性信号转换成 信号。其检测限为 个海拉细胞。.三磷酸腺苷（，）水平与生物系统的紊乱和功能障碍密切相关。等设计了一种利用纳米表面能量转移（，）策略测定 的生物传感器。将量子点与铁基 利用透明质酸连接到电极上，再添加一端修饰 的适配体，通过碱基互补配对，导致 接近量子点产生 作用，从而检测到低背景信号。当添加检测物 后，双链解链，信号升高。结 语回顾了基于 功能化 传感器在电化学发光检测方法上的生物应用的最新进展。的元素组成和结构的可变性，的可编程、特异性，使得将 与 结合使用下，构造的生物传感器具有高灵敏度和高特异性。然而，为了获得更高效、更稳定的生物传感器，仍面临一些挑战。首先，的结构和形态会影响传感器的性能。而且，大部分 的水稳定性都不是很好。因此，需要设计水稳定性好，结构稳固的。还需要增强 功能化 在复杂环境下的稳定性。例如，在全血环境下，血液中包含各种核酸酶，可能会对 或适配体进行切割，导致传感器失去作用。总体来说，功能化 传感器在许多方面仍有广泛前景。参考文献 .（）.，（）：.，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.（）.，：.，.：.，：.，.（）.，：.，.，（）：.，.（）.，（）：.，.（）.，：.，.：，：.，.，（）：.，.，：.，.，（）：.，.广 州 化 工 年 月，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.：.，（）：.，.，（）：.，.：，：.，.，：.，.，（）：.，.，：.，.（）.，（）：.，.，：.，.，（）：.，.，（）：.，.：，：.，.（）：.，：.，.（）.，（）：.，.：，：.，.（）（）（）.，（）：.，.：，：.，.（）.：，：.，.，：.，.，：.，.，：.，.，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.，（）：.，.，：.