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
炭疽芽孢杆菌芽孢(Bacillus anthracis spores)、大肠杆菌(E. coli)、沙门氏菌(Salmonella Typhi/S. typhimurium)、弯曲杆菌(Campylobacter jejuni)、李斯特菌(Listeria monocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、HCV、FMD病毒VP1肽、肉毒毒素等；样品基质包括食品、鸡胴体冲洗液、血清、复杂食品基质、临床/环境样品。
检测原理
综述中适配体传感器以病原特异性DNA/RNA适配体或SOMAmer作为识别元件，结合细菌、病毒、毒素或病原蛋白后，引起适配体构象变化、界面电荷变化、FRET/荧光猝灭、ECL、微悬臂表面应力或磁珠富集后PCR信号变化。无标记电化学探针中，目标结合改变SWCNT电荷并改变电极电位；荧光体系中，目标结合改变荧光标记适配体与猝灭剂/量子点之间的能量转移或荧光强度；微悬臂体系中，结合诱导表面应力并产生形变；磁珠富集体系中，适配体捕获病原后经qPCR定量。信号通常随目标浓度增加而增强，部分竞争法为信号降低。
检测灵敏度
ECL炭疽传感器：detect as few as 10 spores; linear dynamic range 10–6×10^6；CdSe量子点B. thuringensis：1000 CFU/mL；C. jejuni：2.5 CFU in complex food matrices；FMD VP1肽：25 ng/mL；E. coli竞争法：30 unlabeled live cells；L. monocytogenes：10^3 CFU/mL；S. typhimurium PCR：LOD 10–100 CFU/mL，recirculation LOD 4–40 CFU/mL；E. coli PCR：10 cells/mL，linear dynamic range 10–10^7 E. coli/mL；S. Typhi SWCNT：below 1 CFU/mL，linear dynamic range 0.2–10^3 CFU/mL；HCV helicase：100 pg/mL；SOMAmer arrays：pM levels of LODs and 7 logs of overall dynamic range。
效应效果
综述指出适配体与靶标亲和力常达pM至低μM，部分SOMAmer池Kd低于30 nM，且批次变异低、货架期长、可热稳定重复使用。代表性传感器在复杂基质中表现良好：ECL炭疽传感器可检测10个芽孢，线性范围10–6×10^6；弯曲杆菌传感器可检测2.5 CFU活/热灭活细胞并可用便携荧光计；沙门氏菌SWCNT探针可在1 min内检测低于1 CFU/mL，线性范围0.2–10^3 CFU/mL，电极可重复使用；李斯特菌光纤传感器在鸡、牛肉、火鸡加标样品中检测10^3 CFU/mL；HCV芯片可区分感染患者血清与正常样本。作者认为适配体/SOMAmer阵列可用于POCT、病原分型、耐药筛查和多重蛋白检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃棒电极、纳米机械微悬臂、光波导或微孔板，用于承载识别层并输出电位、形变或荧光信号。
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管(SWCNT)、磁珠或溶胶-凝胶，用于增强导电性、磁富集目标或固定适配体。
- 识别元件：病原特异性DNA/RNA适配体或SOMAmer，用于结合细菌、病毒、毒素或病原蛋白。
- 信号标记物：荧光染料、CdSe量子点、生物素-链霉亲和素-HRP或荧光标记抗体，用于产生荧光、ECL或酶促信号。
- 捕获/固定元件：磁珠-适配体、链霉亲和素-生物素或溶胶-凝胶，用于捕获病原或固定检测探针。
- 读出系统：电化学电位、荧光/ECL、微悬臂形变或qPCR，用于将识别事件转换为可测信号。
中文摘要
特异性识别微生物细胞和病毒的DNA适配体具有多种分析与治疗应用。本文综述了针对特定病原（如活细菌、完整病毒颗粒及病毒感染哺乳动物细胞）的适配体开发进展。通过SELEX和细胞SELEX，可从纯化病原分子或完整活细胞中筛选高亲和适配体；这些适配体可作为亲和试剂用于夹心检测、细胞标记与成像、流式细胞术分析，并作为探针开发全细胞生物传感器。文章还讨论了适配体在病原检测、富集、分型和治疗中的潜力，以及慢解离修饰适配体（SOMAmer）通过引入模拟氨基酸侧链的修饰核苷酸扩展靶标范围、提高特异性和动力学性能。未来病原适配体应用将受益于改进的选择策略、修饰核苷酸适配体和多重检测阵列，有望满足实验室和临床快速、可靠、经济的即时检测需求。
英文摘要
DNA aptamers specifically recognizing microbial cells and viruses have a range of analytical and therapeutic applications. This article describes recent advances in the development of aptamers targeting specific pathogens (e.g., live bacteria, whole viral particles, and virally-infected mammalian cells). Specific aptamers against pathogens have been used as affinity reagents to develop sandwich assays, to label and to image cells, to bind with cells for flow-cytometry analysis, and to act as probes for development of whole-cell biosensors. Future applications of aptamers to pathogens will benefit from recent advances in improved selection and new aptamers containing modified nucleotides, particularly slow off-rate modified aptamers (SOMAmers).