長(zhǎng)期以來(lái)，生物傳感器一直被期望成為醫(yī)學(xué)診斷和醫(yī)療領(lǐng)域的重要檢測(cè)和治療技術(shù)。然而，在人體樣本的復(fù)雜生物環(huán)境下，生物傳感器的檢測(cè)性能受到限制。目前，除用于糖尿病監(jiān)測(cè)的血糖儀外，生物傳感器的商業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用很少。為快速、準(zhǔn)確檢測(cè)疾病的生物標(biāo)志物，研究人員通過(guò)各種分子生物技術(shù)和納米技術(shù)來(lái)提高生物傳感器的性能。近年來(lái)，適配體作為高親和性和高特異性的“化學(xué)抗體”，受到越來(lái)越多的關(guān)注。適配體生物傳感器的優(yōu)勢(shì)是能夠很好地模擬含有生物標(biāo)志物的天然生物界面，可以利用電活性物質(zhì)在界面處通過(guò)構(gòu)象改變產(chǎn)生的信號(hào)變化產(chǎn)生可被捕捉的生物信號(hào)。本文對(duì)采用適配體納米技術(shù)構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器的方法，以及生物傳感器在疾病生物標(biāo)志物檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1生物傳感器

生物傳感器是用來(lái)檢測(cè)生物標(biāo)志物并將其轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的信號(hào)的裝置，由靶受體和信號(hào)轉(zhuǎn)換器2個(gè)部分組成。靶受體與生物標(biāo)志物間的相互作用使信號(hào)形成，理想的靶受體應(yīng)具有高度特異性和選擇性，可有效識(shí)別和特異性結(jié)合生物標(biāo)志物，達(dá)到快速響應(yīng)和輸出信號(hào)的目的。

適配體通過(guò)被固定在傳感器的界面上來(lái)捕獲溶液中的生物標(biāo)志物。適配體識(shí)別生物標(biāo)志物后，其電活性物質(zhì)與電極的構(gòu)象發(fā)生改變，電流響應(yīng)隨電子轉(zhuǎn)移能力的改變發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而定量測(cè)定待測(cè)物濃度。與溶液中的識(shí)別不同，界面處的適配體識(shí)別受到待測(cè)生物標(biāo)志物可及性的限制，這些限制對(duì)靈敏度、特異性和檢測(cè)速度造成了影響，需要減少界面的異質(zhì)性，并克服能量障礙，以改善適配體在生物傳感界面處的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。以在金電極表面組裝巰基適配體為例，適配體的巰基可以與金電極形成Au-S鍵，并相互作用，使其從溶液中自發(fā)吸附到金電極上，然后重組為自組裝單層，當(dāng)Au-S鍵的自由能低于溶解適配體的溶劑時(shí)，即可以形成穩(wěn)定的自組裝單層。

2適配體納米技術(shù)

適配體是一段寡核苷酸序列，利用指數(shù)富集進(jìn)化技術(shù)從寡核苷酸的配體庫(kù)中被篩選出來(lái)。與診斷試劑常用的抗體相比，適配體可以識(shí)別生物標(biāo)志物細(xì)微的結(jié)構(gòu)差異，且解離常數(shù)高，可識(shí)別皮摩爾～納摩爾級(jí)生物標(biāo)志物靶標(biāo)。功能性適配體可與有機(jī)、無(wú)機(jī)、生物分子結(jié)合并發(fā)生反應(yīng)，如蛋白質(zhì)，氨基酸、金屬離子、病毒、細(xì)菌、藥物、甚至細(xì)胞，在疾病診斷和治療、臨床檢驗(yàn)和藥物開(kāi)發(fā)等方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?980年，JONES等首次提出具有特定序列和結(jié)構(gòu)的寡核苷酸可以用于電極表面的自組裝，利用熱力學(xué)定律可以精確得出適配體的折疊狀態(tài)和適配體之間的相互作用。由于可以控制適配體的形狀和長(zhǎng)短，且可被靈活修飾，這種高度靈活的組裝能夠形成具有特定理化性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢(shì)可以應(yīng)用在生物傳感器的構(gòu)建上。

3生物傳感器組裝方式

3.1小分子輔助界面

適配體可以通過(guò)非特異性吸附于金電極表面來(lái)有效識(shí)別標(biāo)志物。小分子輔助界面可以使適配體垂直定向在界面上，并通過(guò)6-巰基己醇、二硫蘇糖醇和3-巰基丙酸等分子取代適配體堿基的非特異性吸附，提高其特異性識(shí)別能力。由巰基適配體和6-巰基己醇組成的間隔雙組分單分子層可以最大限度地減少適配體和金電極的非特異性吸附，提高適配體在金電極界面的識(shí)別效率。目前，小分子輔助界面已被廣泛應(yīng)用于提高適配體傳感器的識(shí)別效率、降低檢測(cè)限、增強(qiáng)靈敏度。ZHANG等使用適配體/6-巰基己醇混合自組裝單層，將表面識(shí)別效率提高到了85%，通過(guò)將適配體的表面分子密度從1.2×1013個(gè)/cm2降低到1.2×1012個(gè)/cm2，提高了檢測(cè)靈敏度，證實(shí)了使用6-巰基己醇和巰基適配體形成二元自組裝單層有利于提高生物傳感器的性能。

3.2多腺嘌呤介導(dǎo)的界面

適配體堿基和金電極相互作用的相關(guān)研究結(jié)果表明，適配體堿基對(duì)金電極的親和力遵循A>C≥G>T的順序。腺嘌呤在金電極表面上吸附力很強(qiáng)，結(jié)合力可與眾所周知的Au-S鍵相媲美，金元素的存在甚至可以使腺嘌呤和胸腺嘧啶的雙鏈體變性。腺嘌呤與金電極的強(qiáng)結(jié)合親和力在設(shè)計(jì)不含巰基的適配體中具有很好的應(yīng)用前景。為了控制適配體的構(gòu)象和接枝密度，可用腺嘌呤作為錨定基團(tuán)和密度控制基團(tuán)，使電極上的適配體密度隨著腺嘌呤長(zhǎng)度的增加而降低；此外，腺嘌呤可優(yōu)先與金電極結(jié)合，阻止其他材料吸附于金電極，這一特性非常有效地阻止了其他材料的非特異性吸附。