長(cháng)期以來(lái)，生物傳感器一直被期望成為醫學(xué)診斷和醫療領(lǐng)域的重要檢測和治療技術(shù)。然而，在人體樣本的復雜生物環(huán)境下，生物傳感器的檢測性能受到限制。目前，除用于糖尿病監測的血糖儀外，生物傳感器的商業(yè)化和實(shí)際應用很少。為快速、準確檢測疾病的生物標志物，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)勢是能夠很好地模擬含有生物標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)構象改變產(chǎn)生的信號變化產(chǎn)生可被捕捉的生物信號。本文對采用適配體納米技術(shù)構建電化學(xué)生物傳感器的方法，以及生物傳感器在疾病生物標志物檢測中的應用進(jìn)行綜述。

1生物傳感器

生物傳感器是用來(lái)檢測生物標志物并將其轉化為可檢測的信號的裝置，由靶受體和信號轉換器2個(gè)部分組成。靶受體與生物標志物間的相互作用使信號形成，理想的靶受體應具有高度特異性和選擇性，可有效識別和特異性結合生物標志物，達到快速響應和輸出信號的目的。

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志物。適配體識別生物標志物后，其電活性物質(zhì)與電極的構象發(fā)生改變，電流響應隨電子轉移能力的改變發(fā)生相應變化，進(jìn)而定量測定待測物濃度。與溶液中的識別不同，界面處的適配體識別受到待測生物標志物可及性的限制，這些限制對靈敏度、特異性和檢測速度造成了影響，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。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，利用指數富集進(jìn)化技術(shù)從寡核苷酸的配體庫中被篩選出來(lái)。與診斷試劑常用的抗體相比，適配體可以識別生物標志物細微的結構差異，且解離常數高，可識別皮摩爾～納摩爾級生物標志物靶標。功能性適配體可與有機、無(wú)機、生物分子結合并發(fā)生反應，如蛋白質(zhì)，氨基酸、金屬離子、病毒、細菌、藥物、甚至細胞，在疾病診斷和治療、臨床檢驗和藥物開(kāi)發(fā)等方面有著(zhù)巨大的發(fā)展潛力。1980年，JONES等首次提出具有特定序列和結構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(cháng)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)和功能的結構。這些優(yōu)勢可以應用在生物傳感器的構建上。

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)有效識別標志物。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別效率。目前，小分子輔助界面已被廣泛應用于提高適配體傳感器的識別效率、降低檢測限、增強靈敏度。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多腺嘌呤介導的界面

適配體堿基和金電極相互作用的相關(guān)研究結果表明，適配體堿基對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，結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結合親和力在設計不含巰基的適配體中具有很好的應用前景。為了控制適配體的構象和接枝密度，可用腺嘌呤作為錨定基團和密度控制基團，使電極上的適配體密度隨著(zhù)腺嘌呤長(cháng)度的增加而降低；此外，腺嘌呤可優(yōu)先與金電極結合，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。