组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
炭疽相关基因DNA（rpoB、pagA、capC，DNA样品）、Kras点突变DNA（临床卵巢浆液性交界性肿瘤样本）、miRNA（溶液/细胞来源RNA，原文未明确基质）、甲基化DNA（基因启动子甲基化DNA，甲基化/非甲基化DNA混合样品）
检测原理
量子点（QD）作为宽吸收、窄发射的荧光供体或纳米支架，表面偶联寡核苷酸探针或链霉亲和素。靶标DNA、miRNA或甲基化PCR产物与探针杂交，或在完全匹配模板下经寡核苷酸连接反应（OLA）连接，形成纳米组装体。多重检测中不同发射波长QD探针产生颜色组合；突变检测中连接产物在单分子水平产生双色荧光重合爆发；miRNA和甲基化检测中，靶标将带Cy5的受体探针带到QD附近，激发QD后发生FRET，受体发射增强、供体猝灭，FRET效率E=IA/(IA+ID)随甲基化水平或靶标浓度变化。无靶标时探针分离，背景低。信号放大来自QD高亮度、多靶标捕获和FRET低背景。
检测灵敏度
LOD: 未报告绝对值（检测限较分子信标降低100倍）；R^2 = 0.999
效应效果
多重检测中仅多靶标样本出现特定颜色组合，可无歧义识别炭疽致病模型；最多10种QD可区分，理论上可检测45个靶标。突变检测选择性因子>100,000，可在卵巢浆液性交界性肿瘤临床样本中区分Kras codon 12 GGT/GTT，单激发源简化仪器。miRNA检测中鲑鱼精RNA对照下受体背景近零；QD-FRET较分子信标背景更低，检测限降低100倍。DNA甲基化中FRET效率与甲基化水平线性相关，r²=0.999，可定量启动子甲基化并减少样品量。
传感器的构成
- 纳米支架/荧光供体：半导体量子点（QD，如525QD、605QD、705QD），提供宽吸收、窄发射和尺寸可调荧光，作为FRET供体或多色标记核心
- 亲和捕获层：链霉亲和素偶联量子点（streptavidin-conjugated QD）与生物素（biotin）标记探针/PCR产物结合，用于浓缩和固定靶标
- 识别元件：目标特异性寡核苷酸探针（DNA/RNA oligonucleotide probes），通过杂交或寡核苷酸连接反应（OLA）识别DNA、miRNA或甲基化DNA
- 信号标记物：有机荧光染料（如Cy5）作为FRET受体，在QD激发下发射，用于低背景信号读出
- 信号编码/放大元件：多色QD组合或双色荧光重合（two-color coincidence）编码多重靶标或突变信息
- 读出平台：激光诱导荧光（LIF）、共聚焦荧光光谱或CCD成像，检测荧光爆发、颜色组合或FRET效率
中文摘要
半导体量子点（QDs）具有高量子产率、优异光稳定性和尺寸可调的窄发射光谱，可作为光谱标记与发光探针。本综述系统介绍量子点作为纳米生物传感器组装体中活性参与者的应用，指出以QDs替代传统分子荧光团可提升疾病分子检测性能。文章重点讨论多重靶标检测、基于重合分析的突变检测，以及基于QD-FRET的miRNA检测和DNA甲基化分析。由于QDs比表面积高且具备成熟偶联化学，可连接寡核苷酸等生物探针，形成无机/有机杂化纳米支架。FRET对供受体距离高度敏感，QDs宽吸收、窄发射且激发波长可调，是优良FRET供体。文中展示DNA-QD生物传感器的三种信号转导格式：共定位成像、单分子双色重合谱学和QD-FRET，分别用于炭疽相关基因多重检测、Kras点突变检测和低背景miRNA/甲基化DNA检测。
英文摘要
The unique photophysical properties of semiconductor quantum dots (QDs) have made them ideal for use as spectral labels and luminescent probes. In this review, applications are presented in which QDs function as active participants in nanoscale biosensor assemblies, where replacing traditional molecular fluorophores results in improved assay performance. Specific focus is on disease detection with applications including multiplexed target detection, mutation detection by coincidence analysis and QD-based FRET reporters for miRNA detection and DNA methylation analysis.