基于核酸適配體分析方法結(jié)合納米材料監(jiān)測食品有毒重金屬的研究進(jìn)展

熊金恩，李壹，熊曉輝

（南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院，江蘇南京211800）

重金屬是一種對生物和環(huán)境具有嚴(yán)重影響的普遍污染物，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和采礦等各種作業(yè)活動的增加，大量的重金屬被排放到地表和地下水中[1]。最為關(guān)鍵的是，重金屬容易通過食物鏈系統(tǒng)在動物和人體內(nèi)累積。這些重金屬元素的積累可能會對黏液組織、腸道、骨骼、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、腎臟和生殖系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害[2]。它們具有產(chǎn)生高反應(yīng)活性的化學(xué)實體的能力，例如產(chǎn)生一些可以引起脂質(zhì)過氧化、DNA 損傷、蛋白質(zhì)巰基氧化和其他一些作用的自由基[3]。另外，長期接觸有毒重金屬可能對動物和人體有致癌作用[4]。因此，有毒金屬離子的檢測在環(huán)境保護(hù)和疾病的預(yù)防及治療方面起到十分重要的作用。然而，由于在大多數(shù)生物和環(huán)境樣品中都存在高濃度的干擾基質(zhì)成分，對痕量重金屬的高選擇性和靈敏性檢測仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。因此，從復(fù)雜基質(zhì)中捕獲目標(biāo)離子是檢測重金屬的關(guān)鍵步驟。

近年來，適配體作為生物傳感器受到國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注。適配體最初是由3 個獨立小組在1990 年引進(jìn)，這是一種通過配體指數(shù)富集系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）產(chǎn)生的一類人工寡核苷酸探針。它們可以結(jié)合多種靶點，包括小分子[5]，離子[6]，蛋白質(zhì)[7]，細(xì)胞[8]，組織和生物體[9]。與傳統(tǒng)重金屬檢測方法相比，DNA 具有許多用于金屬檢測的理想特性。首先，DNA是聚陰離子，可以與金屬離子靜電吸引，同時DNA 高度穩(wěn)定；其次，DNA 在變性后可以復(fù)性而不會喪失其金屬結(jié)合親和力；第三，DNA 的化學(xué)合成的成本低廉，且基本可在任意選擇的位置進(jìn)行各種修改。最后，通過不同堿基結(jié)合可以篩選出不同金屬離子的特異性適配體。尤為重要的是，適配體生物傳感技術(shù)可以在大多數(shù)具有通用設(shè)備的實驗室進(jìn)行重金屬分析試驗。當(dāng)然，適配體生物傳感器與傳統(tǒng)方法相比仍然具有結(jié)合親和力強、靈敏度高、選擇性優(yōu)異、穩(wěn)定性好、免疫原性和毒性低[10]等一系列優(yōu)點。因此，適配體生物傳感技術(shù)越來越成為生物和環(huán)境樣品中重金屬離子識別的理想選擇。

目前為止，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)設(shè)計出了一些用于識別和檢測重金屬離子[主要是鉛（Pb），汞（Hg），鎘（Cd），銀（Ag）和砷（As）]的 DNA 適配體，這些離子可以與DNA 的堿基特異性相互作用，形成強而穩(wěn)定的復(fù)合物。此外，國內(nèi)外研究人員對DNA 和金屬的協(xié)調(diào)作用已經(jīng)做了廣泛的研究[11]。在最簡單的水平上，DNA 的磷酸骨架通過靜電相互作用與金屬結(jié)合，從而穩(wěn)定DNA 雙鏈體。然而，在此基礎(chǔ)上，還要考慮到金屬離子和DNA 的化學(xué)性質(zhì)，例如：1A 和2A 族金屬主要與磷酸骨架相互作用從而保持雙鏈DNA 穩(wěn)定性；第一行過渡金屬Cd2+，Pb2+和三價鑭系元素與磷酸鹽和堿基相互作用；較軟的金屬如Ag+和Hg2+主要與DNA 堿基相互作用[12]；一些金屬如鉑和鉻幾乎不可逆地與DNA 堿基結(jié)合[13]。據(jù)報道，具有非重復(fù)富含胸腺嘧啶（T）和鳥嘌呤（G）的單鏈DNA 序列被證實可以與Cd2+結(jié)合[14]。一些金屬離子 （K+，Na+，Ca2+和 Pb2+） 可影響富含 G 的DNA，使其發(fā)生從無規(guī)卷曲到G-四鏈體結(jié)構(gòu)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變[15]。在Hg2+和Ag+離子存在的情況下，T-T 錯配會選擇性捕獲 Hg2+形成 T-Hg2+-T 復(fù)合物[16]，而胞嘧啶（C）-胞嘧啶錯配只能識別Ag+形成C-Ag+-C 復(fù)合物[17]。陽離子結(jié)合核酸并誘導(dǎo)形成二級結(jié)構(gòu)的能力可以歸因于陽離子性質(zhì)如離子半徑，配位行為和水合作用[18]。

最近，金屬離子-寡核苷酸堿基的配位化學(xué)在生物傳感器的發(fā)展中受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。由于這些重金屬離子和堿基之間可以進(jìn)行高度特異性結(jié)合，因此，所設(shè)計的傳感器可以在其他離子存在的情況下針對靶標(biāo)離子實現(xiàn)特異性選擇。此外，在這些系統(tǒng)中使用納米材料可以有效地提高它們的性能。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料越來越普遍地被用作固定適配體的平臺[19]。它們在適配體的累積量、定向和組裝密度控制中起著重要的作用，可以優(yōu)化檢測體系的識別能力。納米材料也可能會導(dǎo)致電化學(xué)生物傳感器中的電子轉(zhuǎn)移加速[5]。

納米材料，例如金屬納米顆粒，半導(dǎo)體量子點（semiconductor quantum dot，QDs），碳納米材料，二氧化硅納米顆粒和磁性納米顆粒，具有獨特的光學(xué)，電子，磁性和催化性質(zhì)。這些特性使其越來越多的用于構(gòu)建新型基于適配體結(jié)合納米材料的生物傳感器。特別地，納米材料的大表面積與體積比可以使其高效率的結(jié)合適配體，從而將檢測信號大大增強并通過協(xié)同相互作用提高目標(biāo)識別性能[20]。此外，大多數(shù)納米材料顯示出不同尋常的生物相容性，它們可以保護(hù)核酸免受核酸酶消化在生命系統(tǒng)中造成的損害[21]，使得適體組裝的納米材料有利于醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用。納米材料輔助適體傳感器在傳感應(yīng)用中顯示出前所未有的優(yōu)勢，并引起了多學(xué)科研究的重大興趣。適配體與納米材料結(jié)合主要通過兩種方法，即共價連接和非共價連接。共價連接主要是通過化學(xué)吸附，例如：硫醇化的適配體可以很容易地化學(xué)吸附到金納米顆粒（AuNP）的表面上[22]，而胺標(biāo)記的適體可以容易地吸附在羧基改性的二氧化硅納米顆粒（SiNP）的表面上。而非共價連接主要利用靜電吸附機制，例如：帶負(fù)電荷的適體可以吸附到帶負(fù)電荷的AuNP 表面上[23]。

因此，基于不同適體與新型納米材料的組合，已經(jīng)開發(fā)了各種用于重金屬離子檢測的傳感系統(tǒng)。本文將提供一些基于適配體結(jié)合納米材料的生物傳感技術(shù)分析有毒重金屬離子 （例如 Cd2+，Pb2+，Hg2+，Ag+，As3+）的方法簡介，便于讀者借鑒。

1 傳統(tǒng)檢測方法

重金屬是一種可導(dǎo)致嚴(yán)重生物和環(huán)境問題的普遍污染物，一直受到廣大科研工作者的關(guān)注。下面列舉幾種常見的有毒重金屬并分別介紹其傳統(tǒng)的檢測方法。

鉛是可能對人體器官和環(huán)境造成嚴(yán)重影響的最危險的重金屬之一[24]。所有形式的鉛都是有毒的，并且會對生殖，神經(jīng)，免疫，心血管系統(tǒng)以及兒童發(fā)育過程產(chǎn)生危害[25]。據(jù)報道[26]，血液中Pb2+的最大可接受濃度為10 μg/dL。由于Pb2+的高毒性會對公眾健康產(chǎn)生巨大影響，開發(fā)可靠、精確和靈敏的方法來測定食品中痕量的鉛元素對國內(nèi)外研究人員而言十分有必要。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES）、電熱原子吸收光譜法（electrothermal atomizationatomic absorption spectrometry，ET-AAS）和火焰原子吸收光譜法（flame atomic absorption spectrometry，F(xiàn)AAS）是檢測Pb2+最常用的分析技術(shù)。但是，這些技術(shù)在分析之前需要對目標(biāo)離子進(jìn)行復(fù)雜的前處理。在環(huán)境、藥物和食品分析領(lǐng)域越來越多的科學(xué)家致力于開發(fā)新的傳感器來直接、準(zhǔn)確、快速和選擇性地測定重金屬[27]。

汞是一種眾所周知的劇毒重金屬，以金屬，無機和有機形式存在。水溶性的Hg2+是無機汞中最穩(wěn)定和傳播最廣泛的形式之一，其有兩種來源：天然來源和工業(yè)排放。汞在食物鏈中積累會對人體產(chǎn)生極其嚴(yán)重的健康危害[28]。此外，有機和無機形式的汞都具有神經(jīng)毒性。據(jù)報道，汞引起的神經(jīng)毒性會導(dǎo)致人的聽力下降、精神惡化、言語障礙、視力受損、前庭功能障礙，甚至使人產(chǎn)生自閉癥[29]。整個血液中的汞濃度通常低于10 μg/L，一般低于 20 μg/L 被認(rèn)為是正常的，長期暴露于汞蒸氣后，血汞濃度可升至35 μg/L[30]?？紤]到環(huán)境和生物樣品中汞的含量較低，提高Hg2+檢測的選擇性和靈敏度對分析人員來說尤為重要。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多不同的分析方法，包括中子活化分析（neutron activation analysis，NAA），冷原子熒光/吸收光譜法（cold-vapor atomic fluorescence spectrometry，CV-AFS/cold-vapor atomic absorption spectrometry，CV-AAS），ICP-MS，ICP-OES，極譜法等[31]。

砷是一種廣泛分布于世界許多地區(qū)的有毒致癌物質(zhì)。雖然砷在自然界存在不同的化學(xué)形式，但As3+被認(rèn)為是元素毒性最強的形式[32]。人類可能會通過直接和間接的方式攝入砷，也就是說，土壤中的砷會積累到農(nóng)作物中，同時受污染的飲用水中也會有砷。砷會在角蛋白含量高的組織中積累，如皮膚、頭發(fā)和指甲[33]，并且許多疾病與砷的積累有關(guān)，如皮膚損傷，癌癥和循環(huán)系統(tǒng)問題[34]。目前，常用的砷檢測方法有色譜法，光譜法和電化學(xué)方法[35]。

鎘是毒性最強的金屬之一，它可以通過地球的食物鏈系統(tǒng)在動物和人體中進(jìn)行生物積累。急性鎘中毒的癥狀包括高血壓、腎臟損害、貧血、癌癥等[36]。血液中可接受的 Cd2+濃度約為 5 μg/L～10 μg/L[37]。ICP-OES，ICP-MS，ET-AAS，F(xiàn)AAS 和電位滴定法等幾種方法是鎘檢測的常用方法[36]。

與大多數(shù)其他重金屬相比，銀化合物的毒性較低，因為它們在消化時人體只會有很少量的吸收[38]。然而，某些銀化合物大量存在的情況下會具有毒性。由于銀離子對硫氫鍵和氨基有很強的親和力，因此在體內(nèi)銀離子會與氨基酸，核酸和其他化合物發(fā)生絡(luò)合作用[39]。此外，銀離子具有生物活性并容易與哺乳動物和真核細(xì)胞膜上的受體相互作用[38]。正常情況下，人體血清中 Ag+的含量低于 2 μg/L[40]。目前來說，ICP-OES、ICP-MS、ET-AAS、FAAS 和電化學(xué)方法等各種檢測技術(shù)已被廣泛用于選擇性地檢測Ag+[41]。

目前，重金屬檢測的傳統(tǒng)方法雖然應(yīng)用比較成熟、靈敏度高，但同時也存在諸多局限性，如：儀器價格昂貴、操作復(fù)雜、耗時長，需要專業(yè)人員操作等[42]。難以滿足簡單、快速、實時檢測的實際需要[43]。因此，尋求一種簡單、快速、靈敏的重金屬檢測方法具有非常重要的意義。

2 基于生物傳感器的適配體技術(shù)結(jié)合納米材料檢測重金屬方法

現(xiàn)如今，適配體一直被認(rèn)為是對重金屬進(jìn)行生物和環(huán)境監(jiān)測中非常有前途的工具。生物傳感器是一種快速簡單的方法，而且，其具有很高的靈敏度和選擇性。例如：Pb2+和富含G 的適配體具有高度特異性結(jié)合能力[44]，即便是對于已知的可以穩(wěn)定G-四鏈體的陽離子，如 Na+、K+、Ca2+，也僅僅顯示出稍高于背景的信號[45]。由于具有特異性的T-Hg2+-T 相互作用，基于富含T 的適配體的生物檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)在其他金屬離子存在的情況下對汞離子進(jìn)行特異性檢測[46]。Kim 等[47]基于SELEX 過程對配體進(jìn)行系統(tǒng)地優(yōu)化，使用親和柱在體外篩選了可結(jié)合砷的DNA 適配體。這種單鏈DNA 適配體含有100 個核苷酸，對As3+具有非常高的親和力，解離常數(shù)為7.05 nmol/L。

2.1 電化學(xué)適配體傳感器

隨著國內(nèi)外研究人員對寡核苷酸與金屬離子之間相互作用的深入研究，適配體分子已被認(rèn)為是用于構(gòu)建 Pb2+、Hg2+、As3+、Cd2+等重金屬檢測的電化學(xué)生物傳感器的強有力受體。Jarczewska 等[48]開發(fā)了一種靈敏度高、選擇性好的安培檢測平臺，以亞甲基藍(lán)為指示劑，測定Pb2+，亞甲基藍(lán)可與帶負(fù)電荷的磷酸骨架和G-四鏈體（G4）環(huán)形成氫鍵或產(chǎn)生陽離子-偶極相互作用。它可以有效地插入到形成的G4 中，產(chǎn)生容易測量的“增強”的電化學(xué)信號，而且G4 的量取決于Pb2+的濃度。該傳感器對Pb2+的電化學(xué)響應(yīng)范圍為0.05 μmol/L～1 μmol/L，最低檢出限為 34.7 nmol/L。Lin 等[49]報道了一種基于Hg2+與T-T 錯配而形成T-Hg2+-T 復(fù)合物的阻抗適配體傳感器用于測定Hg2+。電荷轉(zhuǎn)移電阻（ΔRCT）在 0.1 nmol/L～1×104nmol/L 范圍內(nèi)與 Hg2+濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系，檢出限為0.1 nmol/L。Wen 等[50]介紹了基于As3+的特異性結(jié)合適配體（specific binding probe，SBP）建立的伏安法測定砷As3+的電化學(xué)檢測方法。首先，SBP 與金電極表面上的捕獲探針（capture probe，CP）雜交。然后，指示劑亞甲基藍(lán)插入到電極上的SBP/CP 混合物中。加入As3+后，它特異性地與SBP 結(jié)合，這導(dǎo)致SBP 的構(gòu)象變化，從而使SBP 從電極上解離到溶液中。因此，電極上殘留的MB 量減少，從而降低了MB 的峰值電流。該方法在 0.1 μg/L～200 μg/L 濃度范圍內(nèi)對As3+具有線性響應(yīng)并且檢出限低至75 ng/L。Lin等[49]報道了一種基于Ag+與C-C 錯配以形成C-Ag+-C復(fù)合物的阻抗適配體傳感器。結(jié)果表明：100 nmol/L～800 nmol/L 范圍內(nèi)ΔRCT與Ag+濃度的呈線性關(guān)系，檢出限為10 nmol/L。

納米材料的引入可以有效提高適配體的固定量。此外，它們在適配體的取向和組裝密度控制中發(fā)揮重要作用，以實現(xiàn)最佳識別能力。近年來，將適配體與納米材料結(jié)合使用的分析方法受到越來越多的關(guān)注。Xu等[51]用富含G 的鉛特異性適配體作為Pb2+的識別元件，利用銀鉑納米顆粒修飾的金屬有機骨架作為電化學(xué)信號增強子，開發(fā)了無標(biāo)記、無酶的Pb2+電化學(xué)適配體。將適配體溫育到修飾的電極表面上，若不存在Pb2+，通過雜交反應(yīng)，未折疊的適配體在電極表面捕獲了其互補鏈，而互補鏈結(jié)合了金屬有機骨架可提供電化學(xué)信號，在Pb2+存在的情況下，適配體會折疊成穩(wěn)定的G-四鏈體結(jié)構(gòu)，難以結(jié)合其互補鏈從而導(dǎo)致電化學(xué)信號變化。此項研究開發(fā)的適用于Pb2+的適配體表現(xiàn)出了從0.1 pmol/L～100 nmol/L 的寬線性范圍，檢出限為0.032 pmol/L，特異性好，穩(wěn)定性強，重現(xiàn)性好。Babamiri 等[52]設(shè)計了用于選擇性檢測Hg2+的超靈敏電化學(xué)發(fā)光（electrochemiluminescence，ECL）適配體檢測方法。固定在修飾后的四氧化三鐵枝狀聚合物（Fe3O4@SiO2/QDs）上的富含 T 的單鏈 DNA（S1）和修飾了 AuNPs 的互補適配體（AuNPs-S2）雜交，QDs 納米復(fù)合物的ECL 被有效猝滅，而在Hg2+存在的情況下，由于穩(wěn)定的T-Hg2+-T 復(fù)合物的形成，AuNPs-S2被釋放，這樣QDs 的ECL 信號再次得到恢復(fù)。在最佳條件下，該適配體傳感器用于Hg2+檢測，線性范圍為20 amol/L至2 μmol/L，檢出限為2 amol/L。他們又將該適配體傳感器用于檢測自來水、鯉魚和咸水魚樣品中的Hg2+，結(jié)果令人滿意。Wang 等[53]通過構(gòu)建用于識別Cd2+的特定適配體和還原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）/石墨碳氮化物（graphite carbon nitride nanocomposites，g-C3N4）的復(fù)合體系開發(fā)了新型傳感器。該電化學(xué)生物傳感器對于Cd2+檢測顯示出良好的靈敏度、特異性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。線性范圍從1 nmol/L～1 μmol/L，檢出限為0.337 nmol/L。

2.2 熒光適配體傳感器

過去幾年，檢測重金屬的熒光生物傳感器的開發(fā)取得了很大進(jìn)展。Huang[54]等報道了基于超敏感雙鏈DNA 的特異性染料PicoGreen 和無標(biāo)記寡核苷酸的傳感器。該方法的原理是Pb2+誘導(dǎo)富含G 的凝血酶適配體從無規(guī)卷曲變?yōu)镚-四鏈體，從而阻止該適配體與其互補序列結(jié)合形成雙鏈DNA 并引起PicoGreen 熒光強度降低。結(jié)果表明，該方法滿足Pb2+最大殘留限量（maximum residue limit，MRL）的要求，線性動態(tài)范圍為1 ng/mL 至1 mg/mL 以上，可檢測到Pb2+的最低濃度為1 ng/mL。此外，整個檢測過程可以在不到30 min 內(nèi)完成。因此，該方法簡單、快速并可用于Pb2+的高靈敏度分析。Sun 等[55]基于磁分離和T-Hg2+-T 堿基對的形成，開發(fā)了一種Hg2+的熒光測定法。其設(shè)計原理為：將適配體固定在磁珠表面以形成適配體功能化磁珠（aptamers-functionalized magnetic beads，AMB），在不存在Hg2+的情況下，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)探針（signal transduction probe，STP）可以通過互補堿基配對與AMB 組合，磁分離后檢測溶液中幾乎沒有STP，導(dǎo)致熒光信號很弱。Hg2+的存在會形成T-Hg2+-T 堿基對。磁分離后，Hg2+從系統(tǒng)中分離出來，STP 留在溶液中，熒光信號顯著增強。隨著Hg2+濃度從2 nmol/L 增加到160 nmol/L，熒光強度呈線性增加，檢出限為0.2 nmol/L。該方法已成功應(yīng)用于帶狀魚中Hg2+的測定和定量，回收率良好，結(jié)果與原子熒光結(jié)果完全一致。

各種納米結(jié)構(gòu)，尤其是量子點是用于熒光生物感應(yīng)的良好熒光團[56]。此外，金屬納米簇（nanoclusters，NCs）是一類新的材料，可表現(xiàn)出類似分子的光譜行為。金和銀納米簇在檢測各種分析物方面受到相當(dāng)大的關(guān)注[57]。幾種納米材料已經(jīng)表現(xiàn)出對廣泛熒光團的高淬滅效率，使其可用于基于熒光的生物測定[58]。碳納米管（carbon nanotube，CNT）、氧化石墨烯等納米材料可以有效地猝滅固定到DNA 上的染料的熒光[59]。基于這個特點，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)開發(fā)了多種熒光適配體傳感器來檢測重金屬離子。Zhang 等[60]使用Pb2+的特異性適配體修飾的銀納米團簇（Ag NCs）構(gòu)建了一種新型熒光生物傳感器。在Pb2+存在下，Pb2+誘導(dǎo)適配體形成G-四鏈體，并使位于3'和5'末端的兩個黑色DNA/Ag NC 閉合，導(dǎo)致熒光增強。該法可以在5 nmol/L～50 nmol/L 的線性范圍內(nèi)檢測Pb2+，檢出限低至3.0 nmol/L。Abdelhamid 等[61]報道了一種基于Hg2+適配體結(jié)合rGO設(shè)計的傳感器用來選擇性地檢測Hg2+。其原理是：胸腺嘧啶（T）和Hg2+之間形成復(fù)合物然后再在rGO 的表面上形成[Hg（T）2（H2O）2]n絡(luò)合物，這導(dǎo)致rGO 的熒光發(fā)射被淬滅。所提出的基于rGO 的適配體傳感器的檢測范圍在100 nmol/L～700 nmol/L，并且對于Hg2+檢出限低至5 nmol/L，除了靈敏度高和選擇性好之外，該方法簡單方便、快速直接。Oroval 等[62]基于適配體與介孔二氧化硅納米粒子的組合開發(fā)了一種具有高選擇性和強靈敏性的檢測As3+的新型傳感納米探針。制備的納米探針檢出限為 0.9 μg/L，檢測范圍在 4 μg/L～60 μg/L。其數(shù)據(jù)表明該傳感器其對As3+的較好選擇性，該傳感器在As3+的檢測分析中顯示出巨大的潛力。

2.3 比色適配體傳感器

在各種光學(xué)方法中，比色適配體傳感器由于具有響應(yīng)快速、操作簡單和靈敏度高的特點而引起了國內(nèi)外研究人員廣泛的關(guān)注。比色法是分析應(yīng)用的常用方法，因為目標(biāo)識別僅僅通過肉眼就能看出來[63]。AuNPs因其獨特的特性而被用作用于比色生物傳感器的納米組裝單元，這些特性包括易于合成、獨特的光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)特性和與生物分子的完美相容性[64]。最重要的是，AuNPs 的表面等離子共振（surface plasmon resonance，SPR）和膠體穩(wěn)定性是比色產(chǎn)生的決定因素[65]。具體的現(xiàn)象即為：分散良好的AuNPs 溶液呈紅色，而聚集的 AuNPs 呈藍(lán)色（或紫色）。Shahdordizadeh 等[66]介紹了一種用于敏感和選擇性檢測Pb2+的比色法，在不存在Pb2+的情況下，AuNPs 上的雙鏈DNA 可以防止在NaCl 存在下AuNPs 的聚集。然而，在Pb2+存在下，適配體結(jié)合Pb2+后，互補鏈被釋放并被核酸外切酶I 裂解，當(dāng)加入鹽后，AuNPs 溶液的顏色從紅色變?yōu)樽仙?。該法檢出限低至2.4 nmol/L。Taghdisi 等[64]開發(fā)了基于聚乙烯亞胺和AuNPs 的Pb2+的敏感、選擇性好和快速的比色適配體傳感器。聚乙烯亞胺可以使AuNPs 聚集，在加入Pb2+后，適配體發(fā)生構(gòu)象變化并形成G-四鏈體適配體/Pb2+復(fù)合物，導(dǎo)致AuNP 聚集并且顏色變?yōu)樗{(lán)色。在Pb2+不存在的情況下，適配體會與聚乙烯亞胺結(jié)合。因此，AuNPs 保持分散使溶液保持穩(wěn)定的酒紅色，該法檢出限低至702 pmol/L。Tan 等[67]報道了一種基于適配體-靶標(biāo)特異性結(jié)合和AuNPs 生長的多功能和靈敏的Hg2+比色傳感器。他們先選用15 個A 堿基的適配體（15-mer），Hg2+存在時會與適配體結(jié)合，使適配體偏離AuNP 種子的表面，然后用羥胺（NH2OH）和原氯金酸（HAuCl4）反應(yīng)控制AuNPs 種子的生長，適配體覆蓋度不同的AuNPs 種子生長是不同的，該法得到了9.6×10-9mol/L 的檢出限，隨后他們通過分別增加15-mer 序列的一側(cè)和兩側(cè)的堿基使AuNPs 的生長發(fā)生變化從而使比色信號得到很大改善。對于25-mer和59-mer 的適配體，獲得的檢出限分別為4.05×10-9mol/L和3×10-9mol/L。這種簡單、可視化和低成本的Hg2+傳感器在環(huán)境監(jiān)測方面具有巨大的潛力。Wu 等[68]設(shè)計了一種比色適配體傳感器用于As3+的靈敏檢測。其原理是基于二烯丙基二甲基氯化銨 [poly（diallyldimethylammonium），PDDA]、適配體和As3+之間的相互作用可以控制AuNPs 的聚集。在As3+存在下，由于形成了適配體/As3+復(fù)合物，導(dǎo)致適配體首先被耗盡，從而PDDA使AuNPs 聚集，進(jìn)而產(chǎn)生顏色的顯著變化即從酒紅色變成藍(lán)色。通過這種方法，As3+在水溶液中檢出限低至5.3 μg/L。此類As3+的生物傳感器將在食品樣品檢測中發(fā)揮重要作用。Wu 等[14]基于SELEX 程序使用親和柱體外篩選了可與鎘結(jié)合的DNA 適配體（命名為Cd-4適配體）。并提出了一種新型的用于Cd2+檢測的比色方法，該方法基于適配體與水溶性陽離子聚合物-PDDA之間的特殊相互作用從而導(dǎo)致AuNPs 的聚集[69]。該方法已用于檢測水溶液中的Cd2+，檢出限為4.6 nmol/L。Xi 等[70]開發(fā)了適配體官能化的金納米粒子，用于Ag+的快速、高選擇性和高靈敏度檢測。該比色傳感器檢測到Ag+的濃度低至0.236 nmol/L。除了寬線性（1 nmol/L～1 μmol/L）和低檢測極限（0.236 nmol/L）外，該傳感器具有近實時（2 min）的分析功能。

3 結(jié)論與展望

功能性核酸自被發(fā)現(xiàn)以后，不斷地被用作有效的傳感工具。目前，在分析化學(xué)中使用DNA 或RNA 適配體是一個非常有前途的研究領(lǐng)域，因為它們具有與抗體相似的親和力，能夠特異性結(jié)合目標(biāo)。本文介紹了可用于監(jiān)測生物和環(huán)境樣品中 Pb2+、Hg+、Cd2+、Ag+、As3+的各種基于適配體的檢測方法。近年來，因為經(jīng)濟、敏感度高、選擇性好和易于構(gòu)建等優(yōu)點，人們對利用寡聚核苷酸作為識別元件與分析技術(shù)相結(jié)合的新型檢測方法的興趣日益濃厚。此外，基于納米材料的染料、電化學(xué)信號放大器、猝滅劑和吸附劑在改進(jìn)生物傳感器方面具有著十分光明的前景。因此，基于適配體的檢測，尤其是適配體傳感器與納米材料的結(jié)合是一個非常熱門的研究領(lǐng)域，不久的將來，我們將看到其對不同目標(biāo)進(jìn)行分析的新的振奮人心的成就。