核酸檢測在疾病早期診斷、分期、治療監(jiān)測、預(yù)后判斷以及產(chǎn)前基因診斷等許多方面有著重要意義,然而目前對核酸的檢測技術(shù)不僅存在耗時長、成本高等問題,而且工作量大、操作繁瑣,嚴(yán)重影響其在診斷中的應(yīng)用。雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（hybridization chain reaction,HCR）是一種新型信號擴(kuò)增技術(shù),它通過單鏈DNA（ssDNA）引發(fā)兩種穩(wěn)定的DNA發(fā)夾探針在恒溫下發(fā)生雜交反應(yīng),從而放大檢測信號,實(shí)現(xiàn)選擇性檢測靶分子的目的。不僅如此,HCR還可以結(jié)合不同的納米材料用于檢測各種目標(biāo)物如核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、金屬離子等等。對HCR技術(shù)結(jié)合幾種常見的納米材料（銀納米顆粒、金納米顆粒、氧化石墨烯以及幾種其他納米材料）用于核酸的檢測進(jìn)行了總結(jié),并對今后的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：中國材料進(jìn)展. 2020,39(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

基于HCR與Au NPs的比色核酸檢測法示意圖

基于GO的熒光核酸檢測法不僅操作簡單，而且選擇合適的熒光分子還能有效降低背景信號[45]，這些熒光分子主要包括有機(jī)熒光染料和熒光納米粒子兩種。Zhang等[46]開發(fā)了一種基于銀納米團(tuán)簇(Ag NCs)與GO結(jié)合的通過HCR進(jìn)行DNA檢測的熒光生物傳感器。如圖4所示，首先在能夠部分互補(bǔ)的發(fā)夾探針H1和H2的末端分別標(biāo)記上Ag NCs，在沒有靶標(biāo)分子(TDNA)時，由于H1與H2的穩(wěn)定性，不能觸發(fā)HCR。此時，由于發(fā)夾探針的另一游離端能夠通過π-π堆積緊密吸附到GO表面，使得Ag NCs靠近GO表面，熒光猝滅。但是在引入TDNA后，TDNA會與H1與H2發(fā)生HCR，產(chǎn)生多條長的ds DNA。這種ds DNA與GO的結(jié)合力比較弱，很容易從GO表面分離下來，進(jìn)而能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光信號。Zhang等在該實(shí)驗(yàn)方案中以人類免疫缺陷病病毒DNA(HIV-DNA)作為靶標(biāo)分子，而且對HIV-DNA的檢測限達(dá)到1.18×10-9mol/L，可用于臨床樣品。Yuan等[47]也利用GO的熒光猝滅特性設(shè)計(jì)了一種在同一個GO紙芯片上檢測兩種DNA(花生和大豆)并能有效區(qū)分其他DNA的方法，達(dá)到了1×10-9mol/L的檢測限。這一檢測方法不需要酶的參與，且紙芯片廉價、容易制備，有效縮短了檢測時間，降低了檢測成本。最近，Tang等[48]對HCR與GO結(jié)合的檢測方案進(jìn)行改進(jìn)，提出了金黃色葡萄球菌的無酶熒光檢測方法。該團(tuán)隊(duì)提出，協(xié)同使用FAM熒光基團(tuán)和熒光染料SYBR Green I從而大幅增強(qiáng)擴(kuò)增熒光信號，且在最佳條件下，對16SrRNA有更低的檢測限，達(dá)5×10-11mol/L。該方法成功應(yīng)用于牛奶中的金黃色葡萄球菌的檢測，檢出限為4×102CFU/m L。GO與HCR結(jié)合的傳感平臺也可用于mi RNA的檢測。例如，F(xiàn)an等[49]提出了一種基于GO的熒光生物傳感器，將其用于mi RNA的檢測。在該實(shí)驗(yàn)中，利用let-7a這一mi RNA作為靶標(biāo)分子，發(fā)夾探針H1和H2的粘性末端帶有熒光基團(tuán)，而且H1和H2通過π-π堆積連接到GO表面，熒光被GO有效猝滅。在加入let-7a、解旋酶Rec QE和腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)后，Rec QE在ATP的驅(qū)動下與發(fā)夾探針結(jié)合并解開發(fā)夾探針的雙鏈部分，使得let-7a可以快速觸發(fā)HCR從而形成雙鏈DNA產(chǎn)物，并使熒光顯著增強(qiáng)。這一檢測策略對mi RNA的檢測限達(dá)到4.2×10-15mol/L，同時，這種解旋酶輔助的HCR/GO傳感平臺的靈敏度比沒有酶的普通HCR/GO傳感平臺高2個數(shù)量級，并有效縮短了檢測時間。

HCR反應(yīng)系統(tǒng)包括兩個可雜交互補(bǔ)并帶有粘性末端的DNA發(fā)夾探針(H1和H2)，以及單鏈DNA(ss DNA)引發(fā)劑。在ss DNA(引發(fā)劑)誘發(fā)下，這兩個發(fā)夾探針會自組裝形成長的雙鏈DNA(ds DNA)產(chǎn)物。具體過程如圖1所示:亞穩(wěn)態(tài)的H1和H2在水溶液中共存時并不發(fā)生任何反應(yīng)，但當(dāng)引入引發(fā)劑時，引發(fā)劑會激活并打開第一個發(fā)夾探針H1的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，隨后，這個打開的H1會立即與第二個發(fā)夾探針H2雜交并打開H2的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，從而形成帶有ss DNA粘性末端的ds DNA，這又導(dǎo)致了另一個H1發(fā)夾探針的打開并且誘發(fā)HCR整個過程的延續(xù)，最終產(chǎn)生長的ds DNA產(chǎn)物。這個過程會持續(xù)進(jìn)行直到這兩個發(fā)夾探針消耗殆盡或者形成的ds DNA產(chǎn)物的濃度達(dá)到閾值。3 HCR與納米材料結(jié)合的應(yīng)用


本文編號：3009317