Yi Lu：DNAzyme感測器用於環境中的金屬離子的檢測並在活細胞中成像

金屬離子的實時、原位檢測對於環境檢測和解釋其對人體健康的影響是非常重要的事情。然而，在未處理的樣品和細胞的複雜體系中，開發一種用於大範圍內對金屬離子具有較好檢測效果的感測器是具有很大挑戰的事情。為了滿足這些挑戰，一種新興的依賴於金屬離子的DNAzymes，它幾乎可以對任意金屬離子進行選擇，科學家將其與熒光探針、納米材料和其它成像試劑結合功能化，與感測器結合用於環境樣品中金屬離子的檢測和活體細胞中金屬離子的成像。因此本文重點強調了最近發展的基於DNAzyme的熒光、比色、拉曼、電化學和電化學發光感測器及其應用。

首先文章對金屬離子與人體健康具有緊密聯繫進行介紹，然後介紹金屬離子的傳統檢測方法，以及存在的不足。進而引出DNAzyme感測器，其中DNAzyme是單鏈DNA序列，可以摺疊成複雜的三級結構，可以催化反應包括在脫氧核酸和核糖核酸的磷酸二酯鍵的切割。DNAzyme是通過體外迭代篩選和放大過程發現（圖1a）。DNAzymes有三種典型的組成成分，包括兩臂、活性位點、酶活區（圖1b）。然後分別介紹不同的生物感測器。

圖1. DNAzyme的基本信息

用於環境檢測和細胞成像的熒光金屬離子感測器

最早的熒光感測器是基於催化探針的新穎設計，典型的是將熒光基團和猝滅基團連接在酶鏈和底物鏈上，如圖2c所示。細胞成像展示在圖2d。

圖2.典型熒光感測器原理

比色感測器

雖然熒光感測器可以定量金屬離子，但是需要熒光基團，在實時、原位環境檢測中可能存在一定的阻礙。300nm-700nm的可視光譜對感測器的發展提供了非常多的機會，一種分析能夠通過肉眼觀察進行展現，並且快速、簡便，且不依靠大型設備。文中比色感測器的代表主要列出了兩種，一種是依賴於金納米離子的顏色變化，另外一種是基於水凝膠的顏色變化（如圖3a b）。

圖3.基於DNAzyme的比色和SERS檢測方法的原理

SERS感測器

表面拉曼光譜（SERS）是在粗糙的金屬表面或納米材料靠近或者直接分子接觸導致拉曼信號增強，文中選取的例子為圖3c所示。

電化學感測器

上述方法易受高背景值的影響，因此不受信號干擾的電化學檢測方法受到科學家的關注。文中以電化學感測器與HCR進行結合進行了介紹（如圖4）。

圖4.電化學信號通過HCR增強

電化學發光

當沒有信號放大輔助的條件下，電化學感測器對於金屬離子的環境檢測是不足夠敏感的。提升靈敏度的另一個方法是電化學發光，它存在一個由高能量電子轉移的發光探針。如圖5所示。

圖5. DNAzyme感測器構建turn-off/turn-on/on-off-on的原理

點評：

1.本文較系統的介紹了幾種常見的生物感測器，並且介紹了生物感測器之間的優點與不足，對於今後感測器的開發與應用提供了基礎。

2.雖然標題中包括活細胞中成像的內容，但是文中涉及體內成像的內容較少，主要集中在環境中重金屬的檢測。

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Mcghee C E, Loh K Y, Lu Y. DNAzyme sensors for detection of metalions in the environment and imaging them in living cells[J]. Current Opinion inBiotechnology, 2017, 45:191.

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