g四联体的化学发光传感器的设计
生物传感器具有灵敏度高、选择性好、操作简便、分析速度快、检测成本低等特点，在生化分析、环境监测、临床诊断和药物筛选领域有着广阔的应用前景。本研究以分子信标和G四联体/血红素过氧化物酶活性为原理，利用鲁米诺化学发光反应为检测信号，设计了一个简便易行的化学发光传感器。结果表明K+、Hemin和H2O2浓度均会影响传感器的检测效果，对实验条件进行优化后，此传感器可以实现对目的序列的特异性检测，并在靶序列浓度为0.1 nm-1000 nm之间具有良好的线性关系。因此，此传感器满足对特异性靶序列的检测要求，可以进一步应用于食品中病原菌的快速识别，对保证食品安全具有重要意义。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 4
1．1 仪器与试剂 4
1．2 实验方法 5
1．2．1 分子信标的设计 5
1．2．2 鲁米诺化学发光条件的优化 5
1．2．3 鲁米诺化学发光传感器的应用 5
1．2．4 数据处理 6
2 结果与分析 6
2．1 实验原理 6
2．2 分子信标的设计 7
2．3 条件优化结果 8
2．3．1 K+浓度的优化结果 8
2．3．2 Hemin浓度的优化结果 9
2．3．3 H2O2浓度优化结果 9
2．4 化学发光传感器灵敏度分析 10
3 讨论 10
致谢 11
参考文献 11
基于G四联体的化学发光传感器的设计
引言
生物传感器的概念起源于1962年Clark和Lyons设计的葡萄糖检测电极，即基于葡萄糖氧化酶与葡萄糖的相互作用而产生电信号用以检测样品中葡萄糖的浓度.生物传感器主要包括两个部分：信号识别单元和信号转化单元。识别单元一般对待测物具有高特异性强亲和力的结合作用，早期传感器一般使用特异性的酶作为识别单元，后来发展到使用有机小分子、抗体、多肽甚至细胞[1, 2]等．信号转化单元将识别结合等相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
互作用转化成各种物理化学信号，比如荧光、颜色、电化学信号等。生物传感器广泛应用于许多重要的分析科学领域，如疾病诊断与医学成像[3]、环境污染监测[4]、刑事侦查、军事反恐、食品安全分析[5]等。利用G四联体构建的生物传感器已被广泛应用于食品安全[6]中对病毒、致病菌[7, 8]、金属离子Pb2+[9]、Hg2+[10]等的检测。
分子信标（Molecular Beacon）的概念于1996年由Tyagi和Karmer提出。分子信标是基于荧光共振能量传递原理(FRET)设计的一种发夹型寡聚核酸分子荧光探针，传统的MB结构一般包括三个部分：(1)环状区，一段长度在1530个碱基左右的目标识别区域，可与待测核酸序列互补配对；(2)茎干区，一段长度在58个碱基左右的DNA双链；(3)报告基团，一般为荧光基团与猝灭基团，分别连接在核苷酸链的5’端与3’端，作为检测的信号。MB的工作原理很简单，当检测物不存在时，自由状态的分子信标呈现茎环结构,此时荧光基团与猝灭基团间的距离很近，荧光信号被猝灭；与靶序列结合后，分子信标的空间构型发生改变，环状区与靶序列碱基互补配对形成双链，茎干区双链被解开，荧光和淬灭基团远离，荧光恢复。
/
图1：MB的设计原理
Fig1：The design principles of molecular beacon
近年来，分子信标特别是基于DNA结构的分子信标因其对目标序列具有灵敏的“开关”作用，已越来越多的应用于生物传感器的构建[1113]，并具有灵敏度高、选择性强、适于活体检测等优点。随着生物传感器的发展，MB的定义已不再局限于荧光检测，广义的分子信标是一种单链的寡核苷酸探针[14]，具有独特的茎环状（也称发夹型）结构，其两端可以不连接任何基团也可以连接报告基团或者具有一定生物学功能的DNA。
研究表明，富含鸟嘌呤G的寡核苷酸序列在K+等阳离子存在的情况下会形成平行折叠的二级结构，称为G四联体（G4）。作为一种特殊的DNA结构，G四联体可与多种离子、小分子、蛋白、酶甚至细胞[15]等相互作用，并且具有结构多样性[16, 17]。G4作为信号输出单元还具有多种免标记信号输出方式，如荧光、化学发光、电化学、比色等，因此，在生物传感器的构建中，以G四链体结构为基础可设计不同的信号产生策略[18, 19]，实现对目标分子的信号放大检测。
图2. Ｇ四链体结构
（a）４个鸟嘌呤形成的一个Ｇ平面；
（b）３个Ｇ平面构成的Ｇ四链体结构
Fig2.(a) The Structure of Gquartet;
(b) a typical G4 structure with three Gquartets.
在迄今发现的G4生物学功能中，引起较大关注和研究的有G4/血红素复合物类辣根过氧化物酶的作用。1998年，Travascio等[20]研究者首次发现血红素可与G四联体结合形成G四联体Hemin复合物，该复合物具有过氧化物酶活性，其催化效率是单独血红素催化效率的约250倍，被称为基于G四联体的DNA拟酶（DNAzyme）。DNAzyme具有催化过氧化物分解的能力，其在生物传感器中可以将H2O2的分解和信号分子的氧化联系起来，从而产生电化学、荧光、化学发光等检测信号[21, 22]。
图3.鲁米诺血红素过氧化氢系统发光的简要原理
Fig3. The proposed CL reaction pathway for the luminol chemiluminescence
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 4
1．1 仪器与试剂 4
1．2 实验方法 5
1．2．1 分子信标的设计 5
1．2．2 鲁米诺化学发光条件的优化 5
1．2．3 鲁米诺化学发光传感器的应用 5
1．2．4 数据处理 6
2 结果与分析 6
2．1 实验原理 6
2．2 分子信标的设计 7
2．3 条件优化结果 8
2．3．1 K+浓度的优化结果 8
2．3．2 Hemin浓度的优化结果 9
2．3．3 H2O2浓度优化结果 9
2．4 化学发光传感器灵敏度分析 10
3 讨论 10
致谢 11
参考文献 11
基于G四联体的化学发光传感器的设计
引言
生物传感器的概念起源于1962年Clark和Lyons设计的葡萄糖检测电极，即基于葡萄糖氧化酶与葡萄糖的相互作用而产生电信号用以检测样品中葡萄糖的浓度.生物传感器主要包括两个部分：信号识别单元和信号转化单元。识别单元一般对待测物具有高特异性强亲和力的结合作用，早期传感器一般使用特异性的酶作为识别单元，后来发展到使用有机小分子、抗体、多肽甚至细胞[1, 2]等．信号转化单元将识别结合等相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
互作用转化成各种物理化学信号，比如荧光、颜色、电化学信号等。生物传感器广泛应用于许多重要的分析科学领域，如疾病诊断与医学成像[3]、环境污染监测[4]、刑事侦查、军事反恐、食品安全分析[5]等。利用G四联体构建的生物传感器已被广泛应用于食品安全[6]中对病毒、致病菌[7, 8]、金属离子Pb2+[9]、Hg2+[10]等的检测。
分子信标（Molecular Beacon）的概念于1996年由Tyagi和Karmer提出。分子信标是基于荧光共振能量传递原理(FRET)设计的一种发夹型寡聚核酸分子荧光探针，传统的MB结构一般包括三个部分：(1)环状区，一段长度在1530个碱基左右的目标识别区域，可与待测核酸序列互补配对；(2)茎干区，一段长度在58个碱基左右的DNA双链；(3)报告基团，一般为荧光基团与猝灭基团，分别连接在核苷酸链的5’端与3’端，作为检测的信号。MB的工作原理很简单，当检测物不存在时，自由状态的分子信标呈现茎环结构,此时荧光基团与猝灭基团间的距离很近，荧光信号被猝灭；与靶序列结合后，分子信标的空间构型发生改变，环状区与靶序列碱基互补配对形成双链，茎干区双链被解开，荧光和淬灭基团远离，荧光恢复。
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图1：MB的设计原理
Fig1：The design principles of molecular beacon
近年来，分子信标特别是基于DNA结构的分子信标因其对目标序列具有灵敏的“开关”作用，已越来越多的应用于生物传感器的构建[1113]，并具有灵敏度高、选择性强、适于活体检测等优点。随着生物传感器的发展，MB的定义已不再局限于荧光检测，广义的分子信标是一种单链的寡核苷酸探针[14]，具有独特的茎环状（也称发夹型）结构，其两端可以不连接任何基团也可以连接报告基团或者具有一定生物学功能的DNA。
研究表明，富含鸟嘌呤G的寡核苷酸序列在K+等阳离子存在的情况下会形成平行折叠的二级结构，称为G四联体（G4）。作为一种特殊的DNA结构，G四联体可与多种离子、小分子、蛋白、酶甚至细胞[15]等相互作用，并且具有结构多样性[16, 17]。G4作为信号输出单元还具有多种免标记信号输出方式，如荧光、化学发光、电化学、比色等，因此，在生物传感器的构建中，以G四链体结构为基础可设计不同的信号产生策略[18, 19]，实现对目标分子的信号放大检测。
图2. Ｇ四链体结构
（a）４个鸟嘌呤形成的一个Ｇ平面；
（b）３个Ｇ平面构成的Ｇ四链体结构
Fig2.(a) The Structure of Gquartet;
(b) a typical G4 structure with three Gquartets.
在迄今发现的G4生物学功能中，引起较大关注和研究的有G4/血红素复合物类辣根过氧化物酶的作用。1998年，Travascio等[20]研究者首次发现血红素可与G四联体结合形成G四联体Hemin复合物，该复合物具有过氧化物酶活性，其催化效率是单独血红素催化效率的约250倍，被称为基于G四联体的DNA拟酶（DNAzyme）。DNAzyme具有催化过氧化物分解的能力，其在生物传感器中可以将H2O2的分解和信号分子的氧化联系起来，从而产生电化学、荧光、化学发光等检测信号[21, 22]。
图3.鲁米诺血红素过氧化氢系统发光的简要原理
Fig3. The proposed CL reaction pathway for the luminol chemiluminescence
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