荧光生物传感器 2011

Fluorescence polarization biosensor based on an aptamer enzymatic cleavage protection strategy.

Analytical and bioanalytical chemistry Kidd A, Guieu V, Perrier S, Ravelet C, Peyrin E
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组成图示

Fluorescence polarization biosensor b... 传感器构成示意图

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传感器类型

荧光生物传感器

检测对象

酪氨酰胺(tyrosinamide, Tym)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A, OTA)、腺苷(adenosine, Ade);样品基质为结合缓冲液/溶液(未涉及实际生物或食品基质)

检测原理

该传感器采用均相荧光偏振换能。荧光标记DNA适配体先与靶标小分子结合;靶标结合引起适配体构象/空间位阻变化,使其部分抵抗PDE I从3'端的酶切。无靶标时,适配体被PDE I逐步消化为小片段,荧光染料旋转相关时间短,荧光各向异性r低;靶标存在时,探针弱消化、平均分子体积增大,染料运动受限,r升高。以Δr=r-rmin作为分析信号,Δr随靶标浓度增加而增大。信号放大来自酶切保护:靶标浓度越高,被保护的适配体比例越高,FP响应越强,无需分离步骤。

检测灵敏度

Tym: LOD: 15 μM;线性范围: 0–250 μM(原文表述为 up to 250 μM);R^2 = 0.994;OTA: LOD: 70 nM;线性范围: 0–1 μM(原文表述为 up to 1 μM);R^2 = 0.978;Ade: LOD: 5 μM;线性范围: 0–25 μM(原文表述为 up to 25 μM);R^2 = 0.977

效应效果

该FP平台在Tym体系中TR探针RSD<6%,F探针RSD<3.5%;随机序列对照无响应。选择性良好:Tyr、Phe不干扰Tym,N-乙酰酪氨酸不干扰OTA,肌苷/鸟苷不干扰Ade。性能:Tym LOD 15 μM,线性至250 μM(R2=0.994);OTA LOD 70 nM,线性至1 μM(R2=0.978);Ade LOD 5 μM,线性至25 μM(R2=0.977)。未报道稳定性、实际样品回收率或方法对比。作者认为其简单、通用、均相,可高通量/多路复用。

传感器的构成

  • 反应载体:黑色96孔微孔板(Greiner Bio-one black 96-well microplate)与结合缓冲液(20 mM Tris-HCl、20 mM MgCl2、10 mM NaCl、pH 7.5),提供均相反应环境。
  • 识别元件:DNA适配体(Apt-49-T抗酪氨酰胺、Apt-36-O抗赭曲霉毒素A、Apt-32-A抗腺苷),特异性结合靶标并改变酶切保护程度。
  • 信号标记物:5'端荧光染料Texas Red(TR)或fluorescein(F),经C6间隔臂连接,用于荧光偏振/各向异性检测。
  • 酶切探针:磷酸二酯酶I(PDE I, type IV from Crotalus atrox),从3'端逐步切除核苷酸,使无靶标时探针变小、FP降低。
  • 反应终止剂:5 M尿素(urea),终止PDE I消化反应并稳定最终荧光偏振信号。
  • 对照元件:荧光素标记随机序列DNA(scrambled DNA),用于验证信号来源于适配体-靶标特异性结合。
  • 读出系统:Tecan Infinite F500微孔板读数仪,使用F(485±20/535±25 nm)或TR(585±20/635±30 nm)滤光片计算r或Δr。

中文摘要

本文报道了一种基于靶标诱导适配体酶切保护的新型荧光偏振(FP)适配体传感平台。该方法通过荧光偏振分析磷酸二酯酶I(PDE I)介导的荧光标记适配体尺寸变化来检测小分子。首先以酪氨酰胺/抗酪氨酰胺DNA适配体体系作为模型建立概念验证。无靶标时,标记适配体被PDE I从3'端酶切为小DNA片段,荧光各向异性/偏振信号较低;酪氨酰胺结合后,适配体部分抵抗酶切,弱消化探针的平均分子体积增大,FP信号升高。随后将该方法应用于赭曲霉毒素A(OTA)和腺苷(Ade)检测。结果表明,该策略兼具简单性和通用性,可用于均相、高通量的小分子适配体传感。

英文摘要

A novel fluorescence polarization (FP) aptasensing platform based on target-induced aptamer enzymatic cleavage protection is reported. The method relies on the FP analysis of the phosphodiesterase I mediated size variation of a dye-labeled aptamer. The tyrosinamide/antityrosinamide DNA aptamer couple was firstly tested as a model system to establish the proof-of-concept. In the absence of the target, the labeled aptamer was enzymatically cleaved into small DNA fragments, leading to a low FP signal. Upon tyrosinamide binding, the DNA substrate was partially protected against the enzymatic attack, leading to an increase in the fluorescence anisotropy response as a result of the higher average molecular volume of the weakly digested probe. The method was subsequently applied to two other systems, i.e., for the detection of ochratoxin A and adenosine. Such an approach was found to combine simplicity and general applicability features.