侧流层析试纸条 2012

Computational lateral flow biosensor for proteins and small molecules: a new class of strip logic gates.

Analytical chemistry Chen J, Fang Z, Lie P, Zeng L
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组成图示

Computational lateral flow biosensor ... 传感器构成示意图

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传感器类型

侧流层析试纸条

检测对象

凝血酶(thrombin)、三磷酸腺苷(ATP);样品基质:稀释缓冲液、10%人血清

检测原理

该试纸逻辑门以拆分适配体片段为识别元件。抗凝血酶和抗ATP适配体被拆分为片段并连接成整合DNA探针,其中一条标记AuNPs,另一条生物素化。无目标时,两条探针保持分离,AuNP探针仅被质控区捕获,测试区无红色条带。当凝血酶或ATP存在时,目标分子诱导适配体片段自组装,形成含G-四链体结构的三组分超分子复合物,使AuNP探针与生物素化探针连接,并通过生物素-链霉亲和素作用被固定在测试区。AuNPs在测试区聚集产生红色条带,其峰面积随输入浓度变化。OR门中任一或两个输入均可触发测试区显色;AND门中只有两个输入同时存在才形成完整复合物并显色,从而实现分子逻辑运算。

检测灵敏度

原文未报告具体LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。

效应效果

该体系对非目标分子CTP、UTP、血红蛋白和溶菌酶无明显响应,表现出良好选择性。在10%人血清加标凝血酶和ATP的实验中,OR门在任一或两个输入存在时测试区出现红色条带,AND门仅在双输入同时存在时出现红色条带,说明其可在复杂生物基质中正确执行逻辑判断。样品与探针在室温孵育30 min后上样,单次测量约10 min完成,可肉眼判读或用便携试纸读取器记录光学峰面积。作者认为该方法无需昂贵仪器、操作简便、成本低,且有色样品也可作为输入,适合即时诊断和现场检测。

传感器的构成

  • 基底/层析载体:硝酸纤维素膜(NC membrane),承载测试区与质控区并实现毛细层析。
  • 样品垫:sample pad,接收样品并引导液体层析。
  • 吸收垫:absorption pad,维持毛细流动。
  • 固相捕获层:链霉亲和素(streptavidin, SA)点样于测试区,通过SA-生物素结合捕获探针。
  • 质控捕获层:链霉亲和素-生物素-对照DNA(streptavidin-biotin-control DNA)点样于质控区,捕获多余AuNP探针。
  • 识别元件:拆分/整合适配体寡核苷酸(split/integrated aptamers, OR1/OR2或AND1a/AND1b),与凝血酶/ATP结合后自组装。
  • 信号标记:金纳米颗粒(AuNPs, ~15 nm),偶联OR1或AND1b,聚集后呈红色条带。
  • 捕获探针:生物素化整合适配体(OR2-Biotin或AND1a-Biotin),经生物素-SA固定于测试区。

中文摘要

本文首次报道了一类基于侧流层析试纸条的分子逻辑门,用于蛋白质和小分子的智能检测。作者将抗凝血酶适配体和抗ATP适配体分别拆分为两个片段,并将不同来源的片段连接形成整合寡核苷酸探针。以凝血酶和ATP作为输入,拆分/整合适配体作为识别元件,金纳米颗粒作为示踪标记,当目标分子存在时,适配体片段在目标诱导下自组装形成三组分超分子复合物,使金纳米颗粒标记探针与生物素化捕获探针连接并被固定在测试区,产生肉眼可见的红色条带。据此构建了“或”和“与”逻辑门:任一或两个输入存在时“或”门输出阳性;两个输入同时存在时“与”门输出阳性。该方法操作简便、成本低、可在室温下快速完成,且对人血清等复杂基质中的非特异干扰具有良好耐受性,有望用于即时诊断和现场检测。

英文摘要

The first example of strip logic gates ("OR" and "AND" functions) for proteins and small molecules has been constructed on the basis of target-induced self-assembly of split aptamer fragments. Using thrombin and ATP as inputs, the corresponding split/integrated aptamers as molecular recognition elements, and gold nanoparticles as a tracer, the output signals can be directly visualized by observing the red bands on the test zones of the strips. The assay is simple, easy to perform, and cost-effective, allowing portable analysis at ambient temperature. The strip logic system is resistant to nonspecific interfering agents and can operate effectively even in human serum samples. Such logic strips hold great promise for application in intelligent point-of-care and in-field diagnostics.