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
C反应蛋白(CRP)、HIV-1 Tat蛋白、人IgE、视黄醇结合蛋白4(RBP4)、凝血酶(thrombin)、可卡因(cocaine)、PDGF-BB、ATP等；样品基质主要为血清、血液及缓冲液
检测原理
适配体与靶标结合后发生构象变化或改变界面质量/电导，从而触发不同换能机制。无标记体系中，SPR通过表面折射率变化反映结合质量，QCM/SAW通过质量增加引起共振频率下降，微悬臂梁通过表面应力弯曲，电化学阻抗和CNT-FET通过电子转移电阻或沟道电导变化读出。报告基团体系中，分子信标使荧光团与淬灭剂靠近或分离，实现荧光开关；MB/Fc随适配体折叠靠近或远离电极，产生电流开关；AuNP聚集/解聚引起颜色变化。放大策略包括酶联ELISA、Pt纳米颗粒催化、AuNP携带适配体经核酸酶释放腺嘌呤、CdS释放Cd2+、Au3+/Ag+沉积以及PCR/RCA，使信号随靶标浓度增强。
检测灵敏度
LOD: 0.25 ppm；LOD: ~1 nmolL−1；LOD: 2.5 μgL−1；LOD: ~72±11 pgcm−2；LOD: 250 pmolL−1；LOD: 0.83 nmolL−1；LOD: 0.1 ngmL−1；LOD: 0.55 fmolL−1；线性范围: 0.2–0.5 μgmL−1；线性范围: 0.3–0.7 μgmL−1；线性范围: 2.5–200 μgL−1
效应效果
适配体具有类似抗体的高亲和力和特异性，可化学合成、耐受严苛条件并可通过杂交再生。SPR检测RBP4线性范围0.2–0.5 μgmL−1，略优于ELISA的0.3–0.7 μgmL−1；QCM检测HIV-1 Tat和凝血酶LOD为0.25 ppm、~1 nmolL−1，IgE LOD为2.5 μgL−1；SAW检测凝血酶LOD约72±11 pgcm−2；CNT-FET检测IgE LOD为250 pmolL−1。AuNP、CdS、PCR/RCA等放大策略使凝血酶检测达0.83 nmolL−1、0.1 ngmL−1、0.55 fmolL−1。作者认为其适合超灵敏与临床检测，但仍受非特异吸附、复杂样品干扰及与ELISA灵敏度差距限制。
传感器的构成
- 换能器基底：SPR金膜芯片、石英晶体（QCM）、Love波SAW器件、微悬臂梁、电极或CNT-FET，用于承载识别层并转换质量/折射率/频率/电学信号
- 识别元件：核酸适配体（aptamer），通过SELEX筛选，以高亲和力和特异性结合靶标
- 固定化/修饰层：适配体直接固定或经互补寡核苷酸、金纳米颗粒（AuNP）等连接于基底表面
- 信号标记物：荧光团（F）/淬灭剂（Q）、亚甲基蓝（MB）、二茂铁（Fc）等分子报告基团，用于光学或电化学开关
- 纳米放大元件：AuNP、CdS纳米颗粒、Pt纳米颗粒，用于聚集变色、离子释放或催化放大
- 酶/催化放大元件：HRP、Pt纳米颗粒催化、核酸酶释放腺嘌呤、PCR/RCA，用于信号放大
- 氧化还原探针：Fe(CN)6^3−/4−，用于电化学阻抗或伏安读出
中文摘要
核酸适配体是一类通过系统进化配体指数富集（SELEX）筛选获得的合成单链核酸配体，能够以高亲和力和高特异性识别小分子、蛋白质、细胞等多种靶标，并耐受较苛刻的化学、物理和生物条件，因而成为生物传感器中极具潜力的分子识别元件。本综述首先简要介绍适配体发现的上游筛选与下游截断方法，包括随机库构建、结合-分离-扩增循环、亲和分离、结构预测、互补寡核苷酸引导的功能区映射等；随后从信号产生角度系统讨论适配体生物传感器的发展，涵盖无标记质量/电导响应、分子信标与电化学报告基团、分子杂交介导信号以及酶联、纳米颗粒、PCR/RCA等放大策略，并指出适配体传感器在超灵敏检测、多靶标分析和临床诊断中的应用前景与挑战。
英文摘要
Nucleic acid aptamers are an emerging class of synthetic ligands and have recently attracted significant attention in numerous fields. One is in biosensor development. In principle, nucleic acid aptamers can be discovered to recognize any molecule of interest with high affinity and specificity. In addition, unlike most ligands evolved in nature, synthetic nucleic acid aptamers are usually tolerant of harsh chemical, physical, and biological conditions. These distinguished characteristics make aptamers attractive molecular recognition ligands for biosensing applications. This review first concisely introduces methods for aptamer discovery including upstream selection and downstream truncation, then discusses aptamer-based biosensor development from the viewpoint of signal production.