组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
L-组氨酸（L-histidine）；样品基质：缓冲溶液、细胞裂解液（cellular homogenate）
检测原理
未修饰单分子DNAzyme HD3-ES由底物、酶和polyT连接序列组成。L-组氨酸作为辅因子结合并激活DNAzyme，使其催化切割底物序列，释放部分底物片段。该片段与FAM标记分子信标MB杂交，打开MB发夹结构，暴露Nt.BbvCI识别位点。Nt.BbvCI识别杂交双链并切割MB单链，使FAM荧光恢复；同时释放的部分底物可继续与另一MB杂交，触发Nt.BbvCI再次切割，形成内切酶循环放大。L-组氨酸浓度越高，初始催化切割产生的片段越多，最终切割的MB越多，FAM荧光强度越大。无目标时MB保持发夹闭合且无Nt.BbvCI识别双链，背景低。
检测灵敏度
LOD: 200 nM（3δ/slope）；无内切酶对照LOD: 8 μM；线性范围: 2–100 μM（细胞裂解液）
效应效果
系统对L-组氨酸具有高灵敏度和高选择性。加入500 μM L-组氨酸时，HD3-ES体系荧光增强(538±47)%，明显高于HD2-ES的(51±6)%。引入Nt.BbvCI后，100 μM L-组氨酸信号增强(304±21)%，无内切酶仅(59±7)%，证明酶促循环放大有效。LOD达200 nM，比此前HRP模拟DNAzyme传感器低至少3个数量级。选择性实验中，1 mM L-组氨酸响应显著高于10 mM其他干扰物。在1.0×10^5 cells/mL细胞裂解液中，2–100 μM范围内线性良好，与缓冲液相似，表明可应用于复杂生物样品。作者认为该策略简单、通用，可拓展至aptazyme检测多种目标，具有环境和生物医学应用前景。
传感器的构成
- 基底/换能器：无固体基底或电极，溶液相荧光检测体系
- 识别元件：未修饰L-组氨酸依赖DNAzyme HD3-ES（含底物、酶和polyT连接序列），识别L-组氨酸并催化切割
- 信号报告探针：FAM标记分子信标MB，与HD3-ES切割产物互补并含Nt.BbvCI识别位点，切割后荧光恢复
- 信号放大元件：切口内切酶Nt.BbvCI，识别MB杂交双链位点并切割单链，实现循环放大
- 被测物：L-组氨酸（L-histidine），作为DNAzyme辅因子触发切割
- 反应介质：缓冲溶液或稀释细胞裂解液（cellular homogenate），提供反应环境
- 信号读出：荧光光谱检测FAM发射强度，随L-组氨酸浓度增加而增强
中文摘要
荧光催化信标已成为通用传感平台，但多数体系需将DNAzyme与荧光团-淬灭剂共价修饰，合成路线复杂、成本高且产率低。本文构建了一种荧光级联催化信标，将分子识别模块与信号报告模块分离，既避免了对DNAzyme的修饰，又通过基于内切酶的级联酶促信号放大提高了灵敏度。以未修饰的L-组氨酸依赖DNAzyme HD3-ES为识别元件，L-组氨酸作为辅因子激活其催化活性，切割底物序列并释放部分底物片段；该片段与FAM标记的分子信标MB杂交，打开发夹结构并暴露Nt.BbvCI识别位点。Nt.BbvCI切割MB后FAM荧光恢复，释放的片段可继续触发多个MB切割，实现信号放大。系统对L-组氨酸的检出限为200 nM，特异性良好，并成功用于细胞裂解液中L-组氨酸的检测。
英文摘要
Fluorescence catalytic beacons have emerged as a general platform for sensing applications. However, almost all such sensing systems need covalent modification of the DNAzymes with fluorophore-quencher pairs, which may require elaborate design of the synthetic routes and many heavy and complicated synthetic steps and result in increased cost and lower synthesis yield. Here we report the construction of fluorescent cascadic catalytic beacons. With separation of the molecular recognition module from the signal reporter, this new design both avoids DNAzyme modifications and improves sensitivity through an endonuclease-based cascadic enzymatic signal amplification. This allows detection of L-histidine with high sensitivity (LOD = 200 nM) and excellent specificity. The proposed sensing system has also been used for detection of L-histidine in cellular homogenate with satisfactory results.