摘 要:電化學 DNA 傳感器是基于 DNA 探針與目標 DNA 之間堿基互補配對原則構建的傳 感器,根據識別元件與目標物結合前后信號變化實現目標物的檢測,已成為傳統檢測方法的有效替 代方法.而金屬有機骨架材料(MOFs)具有比表面積大、孔隙率高、孔徑可調和熱穩定性強等諸多 優點,引起學者的廣泛關注,已初步用于電化學 DNA 傳感器的構建,并用于腫瘤標志物、抗生素及 重金屬等的靈敏、準確檢測.為此,綜述了電化學 DNA 傳感器的 DNA 探針固定方法及信號物質, 重點介紹了基于 MOFs的電化學 DNA 傳感器在分析檢測領域的應用進展,并對其未來發展方向 進行了展望(引用文獻５０篇).

關鍵詞:金屬有機骨架材料;電化學 DNA 傳感器;分析檢測;綜述

中圖分類號:O６５７．１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０２０(２０２２)０９Ｇ１１０９Ｇ０８

核酸、生物分子和金屬離子等檢測物質的分析 方法包括聚合酶鏈式反應法[１]、高效液相色譜法[２]、 酶聯免疫吸附法[３]等.然而,這些傳統方法存在樣 品前處理相對繁瑣、檢測儀器成本高、需要熟練操作 人員等問題,很難實現實時、快速和現場檢測[４].

電化學 DNA 傳感器是將 DNA 分子作為識別 元件或檢測對象,通過換能器將 DNA 分子特異性 識別中產生的敏感信號轉化為電化學信號,以此實 現一個或多個目標分子的定性或定量檢測[５Ｇ６],具有 靈敏度高、檢測成本低、特異性強以及便攜性好等諸 多優點,已廣泛應用于分析檢測領域[７Ｇ８].

電化學 DNA 傳感器的性能與界面修飾材料密 切相關.金屬有機骨架材料(MOFs)是由金屬簇與 有機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 點[９Ｇ１０],已經初步用于電化學 DNA 傳感器的構建, 并用于腫瘤標志物、抗生素及重金屬等的靈敏、準確檢測,引起學者的廣泛關注.為此,本工作綜述了電 化學 DNA 傳感器的 DNA 探針固定方法及信號物 質,重點介紹了基于 MOFs的電化學 DNA 傳感器 在分析檢測領域的應用進展[１１Ｇ１４].

１ 電化學 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,直接經物理作用吸附[１６];間接吸附 法是在一定電壓下通過計時電流法將 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 DNA 探針損傷小,電極可重復使用,但 是吸附法也存在 DNA 探針固定不牢固的缺陷,這 會使 DNA 探針在高鹽溶 液 中 容 易 從 電 極 表 面 脫 落,因此采用該方法時對檢測環境的要求較高[１７].

１．２ 共價鍵合法

共價鍵合法是通過 DNA 探針的功能基團(如 氨基、磷酸基)與電極表面修飾的功能基團(如氨基、 羧基、羥基)之間的共價結合,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,以去除未共價結合的 DNA 探針.與吸附法相比,共價鍵合法固定 DNA 探針更加牢固與穩定,有利于提高 DNA 探針的靈 活性,進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 之間形成的熱力學穩定、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,用于捕獲目標分 子 miRNAＧ２１(miRNA 為微小 RNA),構建了基于 AuNPs＠MoS２ 復合材料的電化學 DNA 傳感器;二 是對 DNA 探針進行修飾,使之攜帶巰基(－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的骨架結構 保護 DNA SAM,使 用 單 鏈 DNA(ssDNA)、雙 鏈 DNA(dsDNA)、發 夾 DNA 和 四 面 體 納 米 結 構 DNA 等 不 同 的 DNA 探 針 構 建 了 相 應 的 電 化 學 DNA 傳感器.自組裝 SAM 可以使電極表面形成 結構緊密、組織完整的分子層,DNA 探針緊密結合 在電極 表 面,穩 定 性 和 結 合 力 更 強,進 而 可 以 使 DNA 探針與目標識別物牢固結合.但是自組裝方 法存在操作復雜、成本較高等不足.

２ 電化學 DNA傳感器的信號物質

２．１ 亞甲基藍

亞甲基藍(MB),化學式為 C１６H１８ClN３S,是一 類帶有 芳 香 雜 環 結 構 的 物 質,可 以 特 異 性 識 別 ssDNA 或 dsDNA. 許 永 強[２３] 將 ５′ＧSH 修 飾 的 ssDNA固定在金電極上,以 MB 作為雜交指示劑, 構建電化學 DNA 傳感器來特異性檢測堿基錯配的 ssDNA.王存等[２４]將 MB 封裝在生物金屬有機骨 架材料(bioＧMOF)中作為信號標簽,當目標物含量 持續升高時,電極表面引入的信標復合物 AuNPsＧ MB＠bioＧMOF數量增加,信號響應值增大.BAO 等[２５]將 MB 嵌 入 氨 基 功 能 化 的 MOFs(UiOＧ６６ＧNH２)孔內,通過酰胺反應連接可編程組裝的鎖定 DNA(LＧDNA),并以其作為信號標簽,當目標物存 在時,觸 發 缺 口 內 切 酶,導 致 產 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,使 LＧDNA 發夾結構打開 以釋放 MB,再加入LＧDNA 的互補鏈使S１與S２重 新游離到反應體系中以實現信號放大.

２．２ 二茂鐵

二茂鐵(Fc),化學式為 Fe(C５H５)２,屬于金屬 有機配合物,其化學性質穩定、熱穩定性高,在構建 電化學傳感器過程中常被用作 信 號 物 質.SHEN 等[２６]采用Fc和CuＧMOFs同時作為信號物質,并借 助phi２９DNA 聚合酶和切口核酸內切酶進行二次 循環,大量捕獲的探針降低了 Fc的原始信號,但發 夾探針３/AuNPs/CuＧMOFs信號探針與捕獲探針 雜交后 CuＧMOFs的信號逐漸增強,因此通過測量 CuＧMOFs和 Fc的峰值電流比構建了一種靈敏、高 效的比率電化學方法來檢測脂多糖.DENG 等[２７] 將 Fc標記的信號探針和 MB修飾的內參比探針結 合在一個發夾結構的 DNA 上,開發了一種基于雙 信號修飾的發夾結構 DNA 比率探針,實現了對黏 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,由于穩定性好、電子轉移能力強,常被用作 信號物質.YU 等[２８]以聚乙烯亞胺作為黏結劑,將 硫堇與 CeＧMOFs相結合,CeＧMOFs可以電催化硫 堇,在凝血酶存在情況下,CeＧMOFs對硫堇的電催 化能力進一步增強,從而增強電流,基于此構建了一 種可以檢測凝血酶的電化學 DNA 傳感器.WANG 等[２９]基于 Co/FeＧMOFs復合物可以電催化硫堇放 大電化學信號的特點,構建了一種檢測赭曲霉毒素 A 的電化學 DNA 傳感器.

３ 基于 MOFs的電化學 DNA傳感器在分析 檢測領域的應用

電化學 DNA 傳感器界面材料的選擇直接影響 檢測的靈敏度及穩定性.MOFs具有孔隙率高、比 表面積大、孔徑可調、熱穩定性強、催化性能好、易功 能化等諸多優點,其特殊的結構和性質使 MOFs比 常規材料更具有優勢.在構建電化學 DNA 傳感器 過程中,MOFs的多孔結構、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等信號物質,進 而放 大 檢 測 信 號. 因 此,基 于 MOFs 的 電 化 學 DNA 傳感器廣泛用于腫瘤標志物、抗生素以及重金 屬的靈敏、準確檢測.

３．１ 腫瘤標志物的檢測

３．１．１ 端粒酶

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

DONG 等[３３]將 MB 標記的發夾 DNA 與端粒 酶引 物 (TP)形 成 的 復 合 物 (MBＧHPsＧTP)通 過 Au－S鍵固定在電極表面,當反應體系中存在端粒 酶和脫氧核糖核苷三磷酸復合物時,發夾 DNA 打 開,MB遠離電極表面使產生的電流降低,隨后向反 應體 系 中 加 入 Au＠CeMOFsＧcDNA,互 補 DNA (cDNA)能與 TP 的延伸段雜交固定在電極表面, Au＠CeMOFsＧcDNA 可以電催化對苯二酚(HQ), 從而產生 HQ 的氧化峰.基于此,構建了一種比率 電化學 DNA 生物傳感器,實現了端粒酶的檢測,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)的識別部分對 AgNPs/ PCNＧ２２４進行生物功能化修飾,并設計了一種含有 SA 適配體的發夾結構 DNA 以用于信號轉導.當 端粒酶存在時,端粒酶可以拉長發夾結構 DNA 中 的引物以取代部分莖鏈,從而導致發夾結構 DNA 中的SA 適配體形成開放結構.由于與核酸適配體 的特異性相互作用,含有 SA 識別部分的 AgNPs/ PCNＧ２２４會與發夾結構 DNA 中開放的 SA 適配體 結 合 附 著 在 電 極 表 面,AgNPs/PCNＧ２２４ 中 的 AgNPs在０．０７２V 處產生電化學信號,進而實現了 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 FeＧNＧC 與 Fe３O４ ＠AuNPs共同催化硫堇的電還原過程可產生一個原 始電流;再通過 Au－S鍵將－SH 功能化的發夾探 針 １ 固 定 在 AuNPs＠ Fe３O４ 表 面,然 后 滴 加 miRNAＧ２１,當 miRNAＧ２１存在時,會觸發催化發夾 組裝反應,進而提高傳感器的靈敏度;然后再滴加導 電性差的SiO２ 納米球修飾的發夾探針２,此時SiO２ 的存在會使原始電流降低.基于 miRNAＧ２１ 的濃 度與信 號 電 流 差 值 之 間 的 良 好 線 性 關 系 實 現 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 的聯合作用,將與 miRNAＧ１２６堿基互補的 DNA 探 針牢固固定在 CoNiＧMOFs上.由于 DNA 探針可 以與 miRNAＧ１２６ 的 堿 基 互 補 結 合,進 而 實 現 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)是一種膜結合糖蛋白,與疾病 復發風險增加和患者預后不良有關,是肺癌、乳腺癌 等多種惡性腫瘤的生物標志物[３９].

LI等[４０]將制備了含有多巴胺(PDA)、AuNPs 的八 面 體 FeＧMOFs 復 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,進而可以氧化還原 PDA,并加速電子轉移以實現雙重信號放大.基于 PDA＠ Au＠FeＧMOFs 復 合 材 料 構 建 了 電 化 學 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 在 磁 珠 上 固 定 抗 單 鏈 抗 體 (antiＧssDNA,作為分離抗體),當反應體系中出現 目標物時,antiＧssDNA 與 目 標 物 競 爭 性 結 合 適 配 體,使適配體從磁珠上分離.此外,核酸外切酶水解 適配體使目標物重新游離到反應體系中,使信號放大,實現了土霉素和卡那霉素的同時檢測,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 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 擴 增 策 略 下,當 氯 霉 素 存 在 時, dsDNA解離,互補鏈釋放,基于適配體和氯霉素之 間的高親和力,互補鏈結合到發夾 DNA 末端形成 另一種dsDNA 結構,觸發新的循環,導致最終樣本 中出現觸發 DNA 與捕獲探針雜交,實現信號放大. 基于此,開發了一種電化學 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.通過酰胺反應將磁珠與末 端修飾FcＧDNAs信號探針的發夾探針２相結合,當 Fe２＋ 存在時,Fe２＋ 會與博來霉素結合形成“博來霉 素ＧFe(Ⅱ)”復合物,進而可以切割發夾探針１來釋 放觸發序列,觸發序列在反應體系中能激活 Zn２＋ 依 賴性脫 氧 核 糖 核 酸 酶 (DNAzyme),從 而 使 大 量 FcＧDNAs信號探針從磁珠上固定的發夾探針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.基于此,構建了一種 靈敏的電化學 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負載 AuNPs復合物(CuＧMOFs/Au),通 過 Au－S 鍵 對 DNA１ 進 行 標 記 以 形 成 DNA１/CuＧ MOFs/Au,并 作 為 信 號 探 針. 當 Hg ２＋ 存 在 時, Hg ２＋ 會激活發夾 DNA２,并通過 TＧHg ２＋ＧT 配位化 學鍵在 DNA１和 DNA２之間形成 TＧT 錯配,進而 構建了一 種 靈 敏 地 檢 測 乳 制 品 中 Hg ２＋ 的 電 化 學 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 生 新 的 ssDNA.同時制備了鉑、鈀摻雜的鐵Ｇ有機骨架材料 (PdＧPtNPs＠FeＧMOFs)作為電催化劑,并將巰基化 的發 夾 DNA(HP)通 過 共 價 鍵 合 法 固 定 在 PdＧ PtNPs＠FeＧMOFs上,然后利用 HP 與 ssDNA 的 互補鏈雜交將 PdＧPtNPs＠FeＧMOFs結合到電極表 面催化 H２O２ 以實現信號放大.基于此,構建了間 接檢測水樣中 Pb２＋ 的電化學 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 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)結合cDNA 而形成的 AuNPs＠FeＧ MILＧ８８＠cDNA,并作為信號探針,３DNTH 中的適 配體、AuNPs＠FeＧMILＧ８８＠cDNA 的cDNA 與凝 血酶 特 異 性 結 合,檢 測 底 液 中 [Fe(CN)６ ]３－/４－ ([Fe(CN)６]３－ 與[Fe(CN)６]４－ 的混合物)的信號并 使之保持穩定,而 AuNPs＠FeＧMILＧ８８＠cDNA 的 信號則隨凝血酶濃度的升高而增強.基于此,構建 了比率電化學 DNA 傳感器,實現了凝血酶的檢測, 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 骨 架 材 料 (NＧ CuＧMOF),該材料不僅可以作為信號探針,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 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(－PO４ ３－ )的特異協 同作用,將赭曲霉毒素 A 的適配體與 TSS進行雜 交,通過ZrＧOＧP配位鍵將高穩定的 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標記探針組裝在 UiOＧ６６表面,產生強烈電化學響應,當赭曲霉毒素 A 存在時,它可以與 TSS 競爭性結合,使 UiOＧ６６ 封裝的５′ＧPO４ ３－ 與３′ＧMB 雙標記序列從傳感器表 面分離,從而降低電化學信號.基于此,建立了一個 快速、靈敏檢測赭曲霉毒素 A 的電化學 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,然 后加入對應靶ssDNA 的互補鏈,形成dsDNA 以包 封住 MB和 EP,當兩個目標 DNA 都存在時,mecA 和nuc基因與相應cDNA 完全雜交使 MB和 EP被 釋放,產生兩個電流.基于此,構建了一種可以同時 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 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]利用多孔結構超導電炭黑/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.當香蘭素 存在時,香蘭素可以與適配體結合,使其峰值電流 (IVan,作為響應信號)強度增加,ZIFＧ８摻入的 Fc峰 值電流(IFc,作為參考信號)強度略有變化.基 于 IVan/IFc的比率響應構建了比率電化學適配體傳感 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 總結與展望

本工作綜述了基于 MOFs的電化學 DNA 傳感 器在分析檢測各領域的應用進展,低成本、便攜、寬 線性范圍等優點使之成為傳統分析檢測各領域方法 的有效替代方法.未來基于 MOFs的電化學 DNA 傳感器在分析檢測領域應側重以下幾個方面:電化 學 DNA 傳感器的檢測分析在準確度和靈敏度方面 目前仍然存在挑戰,應致力于研究 MOFs復合材料 修飾于傳感平臺或信號放大策略,進而提高檢測靈 敏度,降低檢出限;不斷提高 MOFs的耐酸堿、熱腐 蝕能力,合理優化 MOFs孔徑設計,并與其他通信 技術相結合,如打造可移動傳感器,可以通過平板電 腦和智能手機等通信工具與電化學傳感器相組合來 構建;注重發揮 MOFs的優勢,可與電化學 DNA 傳 感器結合制作出大批量成本低、便捷、靈敏度高、實 用性高的傳感器;電化學 DNA 技術與聚合酶鏈式 反應、氣相色譜等技術相結合,將應用范圍拓寬至活 體和在線實時分析等領域.綜上所述,結構的高可 變性 及 其 可 用 于 DNA 傳 感 器 構 建 的 易 用 性 使 MOFs可以在分析檢測領域中廣泛應用.

參考文獻:

[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．金屬有機骨架復合材料生 物傳感器檢測腫瘤標志物的應用進展[J]．分析試驗 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．電化學 DNA 生物傳感平臺的構建及其應用 [D]．南京:南京郵電大學,２０２０．

[２４] 王存,劉蕃鑫,惠俊敏,等．基于生物金屬有機骨架封 裝亞甲基 藍 復 合 材 料 和 信 號 放 大 策 略 高 靈 敏 檢 測 microRNAＧ１４１[J]．分 析 化 學,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>期刊論文>理化檢驗－化學分冊>58卷>9期(pp:1109-1116)>