基于恒温核酸信号扩增技术的适配体传感器研究

作     者：司庆洋 

作者单位：集美大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏洁

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0802[工学-机械工程] 

主      题：生物传感器 恒温核酸扩增 适配体 食品安全 

摘      要：生物传感器是一种利用生物活性物质对靶标物进行特异性识别并将靶标物浓度转换为可测信号的分析方法,具有特异性强、成本低和分析速度快等优点,在食品污染物检测、环境污染监测和人类健康风险评估等领域具有重要的研究意义。然而,传统的生物传感器检测灵敏度较低,限制了其广泛应用。恒温核酸信号放大技术具有设计灵活、操作简便、信号放大效率高等优点,可以提高生物传感器的检测灵敏性,在食品安全检测、环境监测和人类健康监测等领域具有广阔的应用前景。本文将恒温核酸信号放大技术引入生物传感器,构建了三种灵敏度高、特异性强的生物传感器,用于水产品、蜂蜜、小麦等食物样品中痕量分析物的检测。论文研究内容主要包括三个部分:（1）基于Hemin/G四链体DNAzyme构建了一种比色/荧光双模式传感器用于ATP检测及水产品新鲜度评估。当存在ATP时,适配体特异性识别ATP并使G4亚基自组装成具有催化活性的Hemin/G四链体DNAzyme,该DNAzyme可以催化氧化安普乐红和TMB提供荧光和紫外吸收信号,通过荧光和比色双模式信号输出方式实现靶标ATP的高灵敏度和可靠分析。通过建立ATP浓度与菌落总数（TVC）的相关性实现了水产品新鲜度的评估。（2）构建了一种高效的恒温交叉催化DNA（RCD）线路。利用杂交链式反应（CHR）与滚环扩增反应（RCA）之间的交叉催化机制实现目标物的指数倍信号放大检测。RCD放大模块结合一个简单的传感模块就能实现卡那霉素的高灵敏和高特异性检测,并且进一步实现了牛奶、鱼肉和蜂蜜样品中卡那霉素的准确分析。RCD系统的灵敏度是传统CHR系统的788倍,是级联RCA-CHR线路的112倍,并且该体系是一个通用的检测方法,只需改变适配体序列就可以实现其他食品污染物的检测。（3）构建了一种均相电致化学发光（ECL）适配体传感器用于赭曲霉毒素A（OTA）检测。利用催化发卡自组装反应（CDA）和外切酶III（Exo III）之间的协同扩增实现OTA的放大检测。当OTA存在时,传感元件特异性识别目标物OTA并暴露出引发链（I）,随后I序列引发CDA反应,产生大量重组的S单元。每一个S序列都可以激活Exo-III介导的循环催化水解反应,直到消化所有的S*-Ru（bpy）探针,产生大量Ru（bpy）修饰的单核苷酸,从而产生显著增强的ECL输出信号,实现OTA的高效分析,检出限低至0.2p M,并且进一步实现了小麦和葡萄酒样品中OTA的准确分析。