基于金屬有機(jī)骨架材料的電化學(xué)DNA傳感器在分析檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

江 蘭 ,杭永正 ,鄒立娜 ,潘洪志 ,榮勝忠* ,馬宏坤

(1.牡丹江醫(yī)學(xué)院 公共衛(wèi)生學(xué)院,牡丹江 157011;2.牡丹江醫(yī)學(xué)院附屬紅旗醫(yī)院,牡丹江 157011;3.上海健康醫(yī)學(xué)院 協(xié)同科研中心,上海 201318)

核酸、生物分子和金屬離子等檢測(cè)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(cè)儀器成本高、需要熟練操作人員等問(wèn)題,很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[4]。

電化學(xué)DNA 傳感器是將DNA 分子作為識(shí)別元件或檢測(cè)對(duì)象,通過(guò)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(cè)[5-6],具有靈敏度高、檢測(cè)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(cè)領(lǐng)域[7-8]。

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(guò)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)[9-10],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(cè),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(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[11-14]。

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(guò)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(guò)計(jì)時(shí)電流法將DNA 探針固定在電極表面[2]。吸附法簡(jiǎn)單靈活,易操作,無(wú)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(cè)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(guò)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(Au NPs)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Au NPs修飾的SPE(Au NPs/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Au NPs＠二硫化鉬(MoS2)薄膜修飾的電極表面,用于捕獲目標(biāo)分子miRNA-21(miRNA 為微小RNA),構(gòu)建了基于Au NPs＠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(guò)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C16H18Cl N3S,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′-SH 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(lái)特異性檢測(cè)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(bio-MOF)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Au NPs-MB＠bio-MOF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(UiO-66-NH2)孔內(nèi),通過(guò)酰胺反應(yīng)連接可編程組裝的鎖定DNA(L-DNA),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L-DNA 發(fā)夾結(jié)構(gòu)打開(kāi)以釋放MB,再加入L-DNA 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(guò)程中常被用作信號(hào)物質(zhì)。SHEN等[26]采用Fc和Cu-MOFs同時(shí)作為信號(hào)物質(zhì),并借助phi29 DNA 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/Au NPs/Cu-MOFs信號(hào)探針與捕獲探針雜交后Cu-MOFs的信號(hào)逐漸增強(qiáng),因此通過(guò)測(cè)量Cu-MOFs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(lái)檢測(cè)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(kāi)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(cè)。

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Ce-MOFs相結(jié)合,Ce-MOFs可以電催化硫堇,在凝血酶存在情況下,Ce-MOFs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(cè)凝血酶的電化學(xué)DNA 傳感器。WANG等[29]基于Co/Fe-MOFs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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)。在構(gòu)建電化學(xué)DNA 傳感器過(guò)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(cè)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(cè)。

3.1 腫瘤標(biāo)志物的檢測(cè)

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[31-32]。

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(MB-HPs-TP)通過(guò)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(kāi),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＠Ce MOFs-cDNA,互補(bǔ)DNA(cDNA)能與TP 的延伸段雜交固定在電極表面,Au＠Ce MOFs-cDNA 可以電催化對(duì)苯二酚(HQ),從而產(chǎn)生HQ 的氧化峰?；诖?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(cè),線性范圍為2×102～2×106cells·m L－1,檢出限為27 cells·m L－1。

WANG 等[34]在PCN-224(一種MOFs)上原位修飾銀納米粒子(Ag NPs)形成Ag NPs/PCN-224,然后采用鏈霉親和素(SA)的識(shí)別部分對(duì)Ag NPs/PCN-224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(zhǎng)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(kāi)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Ag NPs/PCN-224會(huì)與發(fā)夾結(jié)構(gòu)DNA 中開(kāi)放的SA 適配體結(jié)合附著在電極表面,Ag NPs/PCN-224 中的Ag NPs在0.072 V 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(cè),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 miRNA-21和miRNA-126

miRNA 是一種長(zhǎng)度為19～39 kb的內(nèi)源性非編碼RNA。目前為止,miRNA-21 與miRNA-126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[35-36]。

MA 等[37]制備了含有硫堇的MOFs衍生的Fe-N-C-硫堇以及Fe3O4＠Au NPs,并將二者依次修飾在磁性玻碳電極表面,此時(shí)Fe-N-C 與Fe3O4＠Au NPs共同催化硫堇的電還原過(guò)程可產(chǎn)生一個(gè)原始電流;再通過(guò)Au－S鍵將－SH 功能化的發(fā)夾探針1 固定在Au NPs＠Fe3O4表面,然后滴加miRNA-21,當(dāng)miRNA-21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?；趍iRNA-21 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miRNA-21的檢測(cè),線性范圍為1 fmol·L－1～10 nmol·L－1,檢出限為0.63 fmol·L－1。

HU 等[38]制備了一種新型雙金屬 MOFs(Co Ni-MOFs),然后通過(guò)氫鍵、π-π堆疊和范德華力的聯(lián)合作用,將與miRNA-126堿基互補(bǔ)的DNA 探針牢固固定在CoNi-MOFs上。由于DNA 探針可以與miRNA-126 的堿基互補(bǔ)結(jié)合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了miRNA-126 的靈敏檢測(cè),線性范圍為1 fmol·L－1～10 nmol·L－1,檢出限低至0.14 fmol·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)、Au NPs的八面體Fe-MOFs 復(fù)合材料(PDA＠Au＠Fe-MOFs),通過(guò)1-[3-(二甲氨基)丙基]-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺偶聯(lián)劑活化PDA＠Au＠Fe-MOFs 中的羧基(－COOH)。豐富的－COOH在多孔PDA＠Au＠Fe-MOFs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?；赑DA＠Au＠Fe-MOFs 復(fù)合材料構(gòu)建了電化學(xué)DNA 傳感器以用于CEA 的檢測(cè),線性范圍為1 fg·m L－1～1μg·m L－1,檢出限為0.33 fg·m L－1。

3.2 抗生素的檢測(cè)

3.2.1 土霉素和卡那霉素

CHEN 等[41]采用UiO-66-NH2包裹金屬離子(Cd2＋或Pb2＋),并通過(guò)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UiO-66-NH2上,同時(shí)在磁珠上固定抗單鏈抗體(anti-ssDNA,作為分離抗體),當(dāng)反應(yīng)體系中出現(xiàn)目標(biāo)物時(shí),anti-ssDNA 與目標(biāo)物競(jìng)爭(zhēng)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(cè),線性范圍為0.5 pmol·L－1～50 nmol·L－1,檢出限分別為0.18 pmol·L－1和0.15 pmol·L－1。

3.2.2 氯霉素

WANG 等[42]制備了中空納米盒(Pt Pd＠Ni-Co HNBs)與二烯丙基二甲基氯化銨功能化石墨烯(PDDA-Gr)的復(fù)合材料(PDDA-Gr/PtPd＠Ni-Co HNBs),然后通過(guò)Pt－S鍵、Pd－S鍵在PDDAGr/PtPd＠Ni-Co HNBs 上固定DNA 鏈,并采用UiO-66封裝MB鏈接捕獲DNA 作為捕獲探針,在Exo III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?；诖?開(kāi)發(fā)了一種電化學(xué)DNA 傳感器,用于氯霉素的靈敏檢測(cè),線性范圍為10 fmol·L－1～10 nmol·L－1,檢出限為0.985 fmol·L－1。

3.2.3 博來(lái)霉素

HE 等[43]制備了UiO-66-NH2,并利用UiO-66-NH2修飾電極表面。通過(guò)酰胺反應(yīng)將磁珠與末端修飾Fc-DNAs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(lái)霉素結(jié)合形成“博來(lái)霉素-Fe(Ⅱ)”復(fù)合物,進(jìn)而可以切割發(fā)夾探針1來(lái)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Fc-DNAs信號(hào)探針從磁珠上固定的發(fā)夾探針2中釋放出來(lái),釋放的Fc-DNAs吸附在UiO-66-NH2修飾的電極表面以放大電信號(hào)?；诖?構(gòu)建了一種靈敏的電化學(xué)DNA 傳感器并用于測(cè)定博來(lái)霉素,線性范圍為5～2 000 pmol·L－1,檢出限為4 pmol·L－1。

3.3 重金屬離子的檢測(cè)

3.3.1 Hg2＋

ZHANG 等[44]將Au NPs修飾到電極表面并通過(guò)Au－S 鍵將DNA2 固定至其表面,再采用Cu-MOFs負(fù)載Au NPs復(fù)合物(Cu-MOFs/Au),通過(guò)Au－S 鍵對(duì)DNA1 進(jìn)行標(biāo)記以形成DNA1/Cu-MOFs/Au,并作為信號(hào)探針。當(dāng)Hg2＋存在時(shí),Hg2＋會(huì)激活發(fā)夾DNA2,并通過(guò)T-Hg2＋-T 配位化學(xué)鍵在DNA1和DNA2 之間形成T-T 錯(cuò)配,進(jìn)而構(gòu)建了一種靈敏地檢測(cè)乳制品中Hg2＋的電化學(xué)DNA 傳感器,線性范圍為10 fmol·L－1～100 nmol·L－1,檢出限為4.8 fmol·L－1。

3.3.2 Pb2＋

YU 等[45]采用還原氧化石墨烯-四亞乙基戊胺-Au NPs(r GO-TEPA-Au)復(fù)合材料修飾電極,再通過(guò)Au-NH2將SA 固定在r GO-TEPA-Au表面,然后滴加生物素標(biāo)記的底物DNA 鏈和Pb2＋-特異性DNAzyme,在 Pb2＋的存在 下,Pb2＋-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-有機(jī)骨架材料(Pd-Pt NPs＠Fe-MOFs)作為電催化劑,并將巰基化的發(fā)夾DNA(HP)通過(guò)共價(jià)鍵合法固定在Pd-Pt NPs＠Fe-MOFs上,然后利用HP 與ssDNA 的互補(bǔ)鏈雜交將Pd-Pt NPs＠Fe-MOFs結(jié)合到電極表面催化H2O2以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大?；诖?構(gòu)建了間接檢測(cè)水樣中Pb2＋的電化學(xué)DNA 傳感器,線性范圍為0.005～1 000 nmol·L－1,檢出限為2 pmol·L－1。

3.4 其他物質(zhì)的檢測(cè)

3.4.1 凝血酶

XIE 等[46]將MoS2與1-胺丙基-3-甲基咪唑氯鹽(IL-NH2)修飾的Au NPs(Au NPs＠IL-MoS2)復(fù)合材料作為電極修飾材料,然后通過(guò)Au－S鍵將硫醇化適配體的三維支架 DNA 納米四面體(3D NTH)固定在Au NPs＠IL-MoS2表面,隨后依次加入凝血酶、通過(guò)EDC 和NHS 功能化修飾的Au NPs＠Fe-MIL-88(MIL代表萊瓦希爾骨架材料,是一類MOFs)結(jié)合cDNA 而形成的Au NPs＠Fe-MIL-88＠cDNA,并作為信號(hào)探針,3D NTH 中的適配體、Au NPs＠Fe-MIL-88＠cDNA 的cDNA 與凝血酶特異性結(jié)合,檢測(cè)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Au NPs＠Fe-MIL-88＠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(cè),線性范圍為0.298～29.8 pmol·L－1,檢出限為59.6 fmol·L－1。

3.4.2 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇

WEN 等[47]通過(guò)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(NCu-MOF),該材料不僅可以作為信號(hào)探針,還可以通過(guò)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N-Cu-MOF表面?；诖?建立了一種用于快速、靈敏測(cè)定脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的簡(jiǎn)易電化學(xué)DNA 傳感器,線性范圍為0.02～20 ng·m L－1,檢出限為0.008 ng·m L－1。

3.4.3 赭曲霉毒素A

QIU 等[48]采用溶劑熱法合成UiO-66,通過(guò)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)(－PO43－)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(guò)Zr-O-P配位鍵將高穩(wěn)定的UiO-66原位移植到赭曲霉毒素A 適配體的末端。隨后,Zr-O-P配位鍵將大量帶有－PO43－的MB標(biāo)記探針組裝在UiO-66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(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,使UiO-66封裝的5′-PO43－與3′-MB 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)?；诖?建立了一個(gè)快速、靈敏檢測(cè)赭曲霉毒素A 的電化學(xué)DNA 傳感器,線性范圍為0.1 fmol·L－1～2.0μmol·L－1,檢出限為0.079 fmol·L－1。

3.4.4 mec A 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UiO-66-NH2,并將二者依次滴加在玻碳電極表面,再通過(guò)酰胺鍵將羧基化靶ssDNA 偶聯(lián)到UiO-66-NH2納米載體上,并將MB 和表柔比星(EP)分別封裝在UiO-66-NH2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),mec A和nuc基因與相應(yīng)c DNA 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(cè)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌中的mec A 和nuc基因的電化學(xué)DNA 傳感器,線性范圍均為5×10－15～1×10－10mol· L－1,檢出限 分別為3.7 fmol·L－1和1.6 fmol·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(Fc-KB/ZIF-8)修飾電極,再原位電沉積Au NPs,并通過(guò)Au－S鍵將香蘭素5′-SH 修飾的適配體固定在Fc-KB/ZIF-8＠Au NPs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,ZIF-8摻入的Fc峰值電流(IFc,作為參考信號(hào))強(qiáng)度略有變化?；贗Van/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(cè)香蘭素,線性范圍為10 nmol·L－1～0.2 mmol·L－1,檢出限為3 nmol·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(cè)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(cè)各領(lǐng)域方法的有效替代方法。未來(lái)基于MOFs的電化學(xué)DNA傳感器在分析檢測(cè)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(cè)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(cè)靈敏度,降低檢出限;不斷提高M(jìn)OFs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(guò)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(lái)構(gòu)建;注重發(fā)揮MOFs的優(yōu)勢(shì),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)椒磻?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(cè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。