[发明专利]高效三足镁离子DNA酶步行机及其在检测抗生素中的应用

说明书

高效三足镁离子DNA酶步行机及其在检测抗生素中的应用，所述三足镁离子DNA酶步行机是由抗生素目标物适配体识别反应引起的三个在其两端含有镁离子DNA酶劈开碱基序列的功能发夹H1、H2和H3之间的催化发夹组装反应形成；本发明采用均相、无蛋白酶参与的反应体系很好避免了传统方法使用复杂的纳米材料来进行信号放大所面临的繁琐实验操作，也排除了蛋白酶与核酸或核酸副产物共存可能引起的假阳性信号干扰；本方法所构建的双模式信号转导策略，不仅可以通过裸眼简单直观的比色来实现快捷的半定量分析，还可以利用高灵敏的光电化学方法来进行目标物的准确定量，因而在复杂基质中抗生素残留的快速筛查与准确检测领域具有很好的应用价值。

技术领域

本发明涉及生物分析技术领域，具体是高效三足镁离子DNA酶步行机及其在检测抗生素中的应用。

背景技术

抗生素作为一类保护人类和动物健康的重要药物，被广泛应用于医疗、农业、畜牧业和水产养殖业等领域。然而，近年来抗生素的滥用使得细菌的耐药性不断提高，从而导致抗生素抗性基因甚至“超级细菌”不断出现。此外，过量使用抗生素还会对人体免疫系统、组织器官造成一定程度的毒副作用甚至带来致癌、致畸的威胁。例如，作为一种稳定价廉的广谱抗生素，卡那霉素通常在畜牧业及家禽、水产养殖业中被人们广泛应用。这样，各种禽畜食品中的抗生素残留最终会通过食物链进入到人体，从而对人类带来听力减退、耳鸣等各种不同程度的毒副作用，甚至严重的神经和肾毒反应。因此，发展一种高灵敏、高选择性的分析方法来实现复杂基质中的抗生素残留准确检测对于食品质量保证、环境安全监测，以及保障人类健康都具有非常重要的意义。

与传统的色谱分析方法相比，以基于体外SELEX技术获取的高特异性核酸适配体构建的生物传感器不仅具有成本低廉、化学稳定性好，以及生物识别能力强等优良性能，而且还可以方便的用于发展各种均相分析方法来有效避免传统异相生物传感器操作繁琐的不足，因而在抗生素的方便低成本现场检测领域具有很好的应用前景。尽管人们已在抗生素均相生物传感方法研究领域开展了不少研究，但是如何发展合适的信号放大技术来实现其对低含量分析物的准确检测仍然是该领域面临的最大挑战。幸运的是，核酸适配体对目标分析物高特异性生物识别反应引起的核酸构象变化及其自组装反应为人们方便的将各种等温核酸扩增技术引入该领域提供了可能。一方面，核酸适配体生物识别反应暴露或释放的寡核苷酸链可用作一种有用的信号单元来结合各种核酸链扩增技术实现指数信号放大。更重要的是，核酸适配体特定的碱基序列、核酸结构及熵驱动自由能也使得人们可以设计各种循环放大机制来极大提高信号/目标物比，从而来实现其较传统策略更为有效的信号放大。基于不同的催化反应机制，等温核酸扩增技术可以分为酶扩增技术和无酶扩增技术两大类。然而其中基于蛋白酶催化活性构建的酶扩增生物传感器非常容易受到外部环境的干扰，同时一些蛋白酶分子与其他核酸或核酸副产物之间的共存还可能带来严重的交叉反应风险。为此，基于各种无蛋白酶的核酸扩增技术来构建性能优良的新型生物传感策略具有广泛的应用前景。其中，非酶扩增技术主要包括催化核酸(DNAzymes)催化辅助扩增和基于熵驱动的各种催化核酸组装反应（例如杂交链反应(HCR)、催化发夹自组装反应(CHA)等）。

值得注意的是，近年来这些无蛋白酶扩增技术也被广泛用作各种DNA步行机这一类新型分子机器的驱动力。通过目标物生物识别反应来诱导启动各种DNA步行机在其预设的轨道平台上的自动多次行走，可以很好的实现级联信号输出，因而使得DNA步行机被人们广泛当做一类新型信号放大技术应用于各种自动均相分析方法的构建中。然而，其相对较低的步行效率对其分析应用中信号放大效果的限制目前仍然是该领域面临的最大挑战之一。

发明内容